基于CFD的大型竖井式贯流泵装置的流动研究.pdf

《基于CFD的大型竖井式贯流泵装置的流动研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·24·小番档采2009年第6期基于CFD的大型竖井式贯流泵装置的流动研究肖玉平郑源黄昱(河海大学水利水电工程学院，南京；210098)摘要：基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart—Allmaras单方程湍流模型，采刖SIMPLEC算法，对大型竖井式贯流泵站的全流道在不同净扬程的流场进行数值模拟，分析各个工况条件下的流场结构和叶片的静压分布，为工程实际运行提供可参考性。结果表明，全流道的流态受净扬程变化影响呈现一定的变化规律，即扬程降低，叶片相应位置的静压绝对值减小，压力梯度降低；最大负压发生在叶片吸力面进水端靠近轮缘侧向出水端移动；导叶体对流动环量的回收和整流效果

2、受扬程变化的影响较大，在设i‘t-净扬程工况时，导叶体对流动环量的回收效果最好。关键词：竖井式贯流泵数值模拟Spalart-Allmaras模型流态静压净扬程果和试验数据的对比，表明它能较真实地反映流场1引言的分布情况『9、砌。本文结合南方某大型泵站的实际工程，运用竖井式贯流泵装置，是一种新型的低扬程大流CFD数值模拟，基于三维湍流Navier—Stokes方程、量的贯流式泵站结构形式。它将电机、齿轮箱安装Spalart—Allmaras单方程模型，对竖井式贯流泵装在钢筋混凝土竖井内，通风、防潮条件好，水泵置全流道在不同净扬程时的流场进行模拟，分析扬进、出水流道顺直，结构简单

3、，开挖深度小，平面程的变化对流道内流态的影响，总结流体的流动规尺寸小，工程投资省，便于管理、维护，便于实现律，提高对竖井式贯流泵流场的流动结构机理的认双向抽水；站身高度小，可不设厂房，在城区或风识，为泵站的结构设计提供参考，对泵站在不同扬景区建设有利于达到美化环境的目的川；在水力程时的实际运行提供指导。文献【1l】证明了该数性能上具有水头损失小，泵站装置效率高[21。其值模拟对竖井式贯流泵装置的计算的精确可行性。优良的水力性能越来越受到围内大型水泵行业相关专家的高度重视，目前已越来越广泛的在我国南方2模型的建立平原地区得到应用，但建成的水力性能优良的竖井式贯流泵装置较少，目前

4、对竖井式贯流泵的研究还2．1模型及网格划分只建立在设备选型和性能试验的基础上5】。为设计较优化的水力性能的竖井式贯流装置，有必要对运用FLUENT软件的前处理软件GAMBIT对竖井式贯流装置的过流部件的流场进行深入的分析泵站的全流道进行建模，将数值模拟研究的流体区研究旧，分析其流道内流体运动，得出其流动结域分为进水流道、出水流道，以及泵室段内复杂的构和机理。近年来快速发展的CFD技术具有“虚区域。叶轮与导叶的三三维立体结构图如图2(b)，拟流体实验室”之美誉【，，它在水力模型的设叶轮安装3个叶片，叶轮外径2200Film，叶轮后安计前期能有效地减少模型制作与试验的次数，缩短装

5、6片弯曲形导叶。产品设计周期，减少试制成本。根据大量的计算结由于计算区域包含旋转流场和非旋转流场，所以把整个计算体分为进水流道、叶轮区、导叶区以+基金项目：十一五围家科技支撑计划重大项目：南水北调及出水流道4个区域，叶轮区与前后2个计算体之工程若干关键技术研究与应用(2006BAB04A03)问的耦合采用了滑移网格技术。由于叶轮和导叶体2009年第6期小器柱采·25·(a)泵装置流道三维立体图(b)叶轮及导叶体三维立体图图1流道数模图为扭面体，计算区域为不规则的复杂空间，故采用二阶迎风差分格式离散。计算中主要采用残差和质对复杂边界模型适应性较强的非结构化混合四面体量守恒作为判

6、断收敛的依据。网格，并对叶轮区和导叶体区的网格进行加密。3计算及分析2．2数学模型及求解2．2．1数学模型对3个工况点，即最大净扬程Hmax=2．92in、选择分离式求解器，假定流动为定常流，由三设计净扬程=1．75nl和最小净扬程：1．10in，维不可压湍流Navier—Stokes、连续性方程以及动量运用FLUENT商业软件进行流场的数值模拟，见方程构成控制方程组。为更好地模拟计算泵室内的图2~6，并对其结果进行详细分析。本文图示除静复杂流场，并克服两方程模型计算量大收敛困难的压分布图进水侧为左之外，水流方向均为：由右向问题，在计算中采用数值稳定性非常好且比较精确左。的S

7、palart—Allmaras单方程模型I12]。3．1流态分析2．2．2边界条件(1)进出口边界条件：分别将进水流道的进口(1)进水流道截面和出水流道的出口端面设置为计算的压力进口进水流道由光滑渐缩的截面过渡到泵室段的圆和压力出口，由给定净扬程确定压力大小。形截面，流道对称光滑，故3个工况下，水流在此(2)壁面条件：固体壁面采用边壁无滑移条均光滑收缩，平顺过渡，没有出现不良流态，如图件；靠近固体边界区域，采用壁面函数。采用多旋2所示。转参考系，叶轮区的流体和叶轮以及叶轮区的轮毂(21岔管口的旋转速度旋