基于CFX的离心泵不同叶数对全流场的影响.pdf

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1、102化工机械2016正基于GFX的离心泵不同叶数对全流场的影响+吴煜斌料郝惠娣郭玉婷(西北大学化工学院)摘要以ISl25—200-250型清水离心泵为例，在仅改变其叶片数的条件下，利用大型三维建模软件Pro／ENGINEER建立了叶轮、蜗壳、进出口的整机流道模型，选用清水为流体介质，基于ANSYSCFX软件，建立相对坐标下的时均连续Ⅳ一_s方程和带有修正系数的RNGK一占湍流模型，对该离心泵在不同叶数、不同工况下进行了流动数值计算，对比分析数值模拟结果和性能试验测得的流量一扬程、流量一功率特性曲线，同时预测了泵的水力性能，并与性能试验结果进行了对比分析，结果表明模拟结果与试验结果吻合较理想

2、，满足工程需要。关键词离心泵叶轮蜗壳特性曲线CFX中图分类号TQ027．3文献标识码A文章编号0254-6094(2016)Ol-0102-05影响离心泵工作效率的因素中，除了管路特性、液体流经泵的水力损失和容积损失外，最重要的就是离心泵蜗壳及叶轮等过流部件的设计⋯，叶轮是唯一能改变流体速度和压力的部分。泵在设计工况下工作是保证其工作寿命和稳定性的关键，在小工况下工作的泵，其入口管路的湍动增大，甚至回流现象旧1，直接影响到泵的扬程和工作稳定性。针对不同工况设计合适的叶轮数目，能保证泵达到指定的扬程和效果。离心泵内部流动的数值模拟也从最初的无粘性流动，发展到现在的考虑粘性的全三维粘性流动，并且

3、该离心泵内部为不可压缩的流体，采用质量守恒控制方程¨’4。。笔者运用ANSYSCFX对泵过流部件的尺寸对其水力模型进行整体结构化网格划分并与外特性试验数据进行对比分析，并且对比了不同模拟组和试验组的数据，得出泵的叶轮对扬程及效率等参数确实有影响，但针对不同的工况，叶轮的选取还得结合实际情况。1几何模型1．1几何参数研究对象为单级单吸清水离心泵ISl25-200—250，数值模拟计算所采用的离心泵的设计参数有：Q=200m3／h，日=80m，凡=2900r／min。闭式叶轮的主要几何参数有：D=250mm，b：=9．45mm，Z=6，包角西=100。。叶轮水力模型如图1所示。离心泵吸水室的直径

4、D。=125mm，出口直径D。=离心泵内流场和外特性进行研究，严格按照离心100mm，蜗壳的基圆直径Dj=242mm。蕊黪图1离心泵水力图}陕西省科技厅工业攻关资助项目(2011K10-21)，陕西省教育厅专项基金资助项目(11JK0619)。{}吴煜斌。男，1992年4月生，硕士研究生。陕西省西安市，710069。第43卷第1期化工机械1031．2模型建立结合AutoCAD及三维造型软件Pro／E建立离心泵全流场计算模型(图2)，且能和ANSYS很好地实现数据交换㈡，其中离心泵的叶轮通过轴面投影法来建模。整个蜗壳由螺旋线和扩散管两部分组成，在螺旋线部分共有8个截面，每个截面的夹角都是45。

5、。最后将蜗壳和叶轮装配在一起，形成离心泵的整机流道模型。图2不同叶片数的离心泵计算模型1．3网格生成将离心泵模型保存为IGS格式导入ANSYSCFX前处理软件ICEM—CFD进行网格划分。由于叶轮采用扭曲的叶片，蜗壳结构较为复杂，因而全局采用适应性较强的四面体网格划分技术，并且检查网格质量，最后对网格模型进行命名，分别为入口、出口、壁面边界和交界面，全流场计算模型网格∞。如图3所示。图3六叶片离心泵全流场计算域网格L2数值模拟方法由于不同的湍流模型对近壁区域网格数量要求不同，笔者选用带有修正系数的RNG，c一占湍流模型和可升级壁面函数来模拟泵内部流动，收敛系数为10～。进口边界：离心泵在各种

6、工况下的流量都能n换算成进El速度”=羊，使用速度进口边界条件^(velocityinlet)。出E1边界：假设从进口进入的流体从出口全部流出，不考虑容积损失，并且为了控制入口的回流现象，应采用压力出口边界(pressureoutlet)。固体边界条件：计算区域分为定子部分(蜗壳)和转子区域(叶轮)，两区域动静耦合交界面采用FrozenRotor类型，固体壁面均为无滑移壁面(noslipwall)‘7I。3计算结果与分析3．1变工况下离心泵整机速度场分析图4为离心泵在0．6Q、1．0Q和1．4Q流量工况下的中间截面的整机流线图。图4变工况速度流线图L104化工机械2016焦从图4可以看出：a

7、．液体在叶轮进口处流动比较均匀，没有明显的流动分离现象，且速度较低，进入叶轮后沿径向方向液体速度逐渐升高，在叶轮出口附近达到最大。b．进入蜗壳后在叶轮的旋转过程中，沿着流体的逆时针方向流动，此时速度逐渐减小，压力逐渐增大，流场内的速度变化和压力分布与理论基本一致，符合叶轮蜗壳的功能原理。C．由于蜗壳结构的不对称性，流体流速的分布也不均匀，在0．6Q流量工况下靠近隔舌部位的叶轮流道出现旋涡和低速区，随着计算流量