离心泵内部流场的数值模拟研究.pdf

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1、第44卷第23期人民长江Vo1．44．No．232013年12月YangtzeRiverDel2．，2013文章编号：1001—4179(2013)23—0086—03离心泵内部流场的数值模拟研究郭傲辉，曾永忠，刘小兵，王丝丝，罗凤2(1．西华大学能源与环境学院，四川I成都610039；2．西南交通大学艺术与传媒学院，四川I成都610039)摘要：计算流体(CFD)技术已经成功地运用于离心泵内部湍流流动的数值模拟。通过实体建模，为某型号离心泵添加固定导叶，然后运用ANSYS软件，基于标准k—s模型，对离心泵

2、内部流场进行数值模拟，并对添加导叶前后的压力、速度矢量图以及效率与实际的试验数据进行比较。结果发现，添加固定导叶后，出口压力明显增大，液流流动更加均匀，效率也得到大幅提升，而且与实验结果也比较吻合。研究结果进一步验证了仿真模拟的可靠性，同时也为实体泵优化和进一步提升效率研究提供理论参考。关键词：固定导叶；ANSYS；标准k—s模型；数值模拟；离心泵中图法分类号：TV734文献标志码：A离心泵是一种高扬程水泵，叶轮和导叶又是离心速为1480r／min，叶轮直径为482mm，导叶叶片数为泵中重要的过流部件。叶轮

3、将原动机的机械能直接传8，叶轮叶片数为5。给液体，以增加液体的静压能和动能，而导叶是离心泵的转能装置，它的作用是将叶轮甩出来的液体收集起来，使液体的流速降低，把部分速度能转变为压力能，其水力性能的提高对于提升离心泵效率具有十分重要的意义。近年来CFD分析技术在风机、水泵等许多工业领域得到了广泛应用，同时也得到了逐步完善。另外将CFD用于泵体内流场的数值模拟，已经成为泵优化设计的重要方法。大量的工程实践证明，数值模拟结果是可靠的。本文通过为某型号离心泵添加固定导叶，然后基于CFD仿真技术，对泵体图1买体模型进

4、行了流场模拟，并将添加导叶前后的仿真效果与实2计算方法际试验数据进行比较分析。分析结果将对今后离心泵效率提升方面的研究提供理论支持。离心泵内部流场的数值计算控制方程包括，整个计算流体的连续性方程、动量方程和k—s模型中的k1几何建模方程以及方程。这些方程在非常多的文献中均有说根据叶轮的轴面截线图和包角图，导叶截线和包明和介绍，详见参考文献[11—12]。角图及所要分析的实体泵型的各种参数(如叶轮数、3网格划分与边界条件设置轮毂比等)，运用三维绘图软件UG一lol，构建泵全流道及过流部件的三维模型(水体)(如

5、图1～3所示)，本文以某型号离心泵为研究对象，介质为单相清然后划分网格并进行仿真模拟。本文中，离心泵的转水(密度为998kg／m)。其设计参数如下：流量Q为收稿日期：2013—09—26基金项目：国家自然科学基金(51279172)；四川省共建流体及动力机械重点实验室学术成果培育项目(SB一2DPY一11—3)作者简介：郭傲辉，男，硕士研究生，主要从事流体机械方面的应用研究。E—mail：1717861759@qq．corn88人民长江2013生的准确性。8I3．(3)添加固定导叶后，虽然效率有所提升，但并

6、不[6]刘建龙，陶爱忠，孙建伟，等．CFD在大型潜水贯流泵装置优化设计中的应用[J]．人民长江，2013，44(1)：64—68．特别明显，这可能与固定导叶的安放位置和导叶数量[7]徐洁，谷传刚．长短叶片离心泵叶轮内部流动的数值计算[J]．化的选择有关。针对该问题，将继续开展深入研究，使该工学报，2004，55(4)：541—544．泵效率得到进一步的提高。[8]刘文明，金仲康，郑源，等．大型供水泵站数值模拟及水力优化参考文献：[J]．排灌机械，2009，9(5)：281—286．[1]桂绍波，曹树良，谭磊

7、祝，等．前置导叶预旋调节离心泵性能的数[9]冯俊，郑源，李玲玉．超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模值预测与试验[J]．农业机械学报，2009，40(12)：101—106．拟[J]．人民长江，2012，43(21)：85—88．[2]曾永忠，刘小兵．基于Fine的水泵内部流场的数值模拟[J]．农机[10]王宏伟，刘小兵，曾永忠．长短叶片混流式水轮机转轮的三维几化研究，2007，(8)：170—172，175．何建模[J]．水电能源科学，2010，28(3)：l21一l23．[3]齐学义，张东，刘在伦，等

8、．低比转速离心泵复合叶轮内部流动的[1】]BatheKJ，ZhangH．Finiteelementdevelopmentforgeneralfluid数值计算[J]．兰州理工大学学报，2007，33(4)：47—50．flowswithstructuralinteractions『J]．Inter—nationalJournalforNu—[4]刘在伦，夏宏克，单麟婷，等．复合叶轮对高速分流泵性能的影响meric