专业英语结课作业.docx

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1、CFDforcentrifugalpumps:areviewofthestate-of-the-artSRShah,SVJain,RNPatel,VJLakheraAbstract：离心泵内部流动的分析非常复杂，由于3维流动结构涉及到湍流，二次流，汽蚀和其他不稳定的因素。计算资源和进步的数值方法的准确性日益普及带来了从纯理论研究工作的涡轮机械计算流体动力学（CFD）进军竞争激烈的工业市场。本文是就利用CFD分析离心泵在未来发展的趋势所做的综述。CFD技术已被研究者应用于离心泵的研究中，这些研究包括在设计工况与非设计工况泵的性能的预测，泵的参数研究

2、，汽蚀分析，扩散泵分析以及运转在涡轮泵工况下性能等。非定常的雷诺平均纳维斯托克斯方程和两方程的湍流模型进行离心泵的CFD分析是适合的。蜗壳流动的研究以及蜗壳与叶轮之间的相互作用是一个有趣的研究领域，也是未来泵性能研究的方向，最活跃的研究和发展领域是两相流，泵在非牛顿流体下的运行和流固耦合。Keywords:离心泵；CFD；流动分析；数值模拟；综述1.Introduction离心泵是工业，农业和国内最常用的泵。它的叶片的设计需要详细的了解在部分负荷和额定负荷下叶轮内部的流动。设计经济高效泵，在制造之前预测泵的性能是至关重要的，这一预测是需要了解泵体

3、内部不同部分之间的流动规律。模型试验是泵性能预测的一条途径，但它太单一，且耗时耗财。相反的，理论途径只是给出了一个值不能够决定引起泵特性差的根源。近年来，由于软件设计的改进，CFD在成功预测泵与涡轮机械方面发挥着重要的作用。CFD在水泵和涡轮机械设计中的应用始于30多年以前，这一起始恰逢将将有限元法应用于CFD，并以把全3维的流动求解简化为准3维的欧拉求解为特征。多年来经过了多个发展阶段：从3维的欧拉求解，到利用雷诺时均法对单个叶片流道利用有限容积法的模拟，再到整个机械的稳态模拟，直到今天利用先进的湍流模型求解非稳态雷诺时均方程。现在最为活跃且研

4、究最多的是两相流和流固耦合。计算资源和进步的数值方法的准确性日益普及带来了从纯理论研究工作的涡轮机械计算流体动力学（CFD）进军竞争激烈的工业市场。市场上有很多的软件可以用于旋转机械的数值分析。Fluent(UKandUS),CFX(UKandCanada),Fidap(US),Polyflow(Belgium),Phoenix(UK),StarCD(UK),Flow3d(US),ESI/CFDRC(US),SCRYU(Japan)。最近，Kaupertetal.,PottsandNewtonandSunandTsukamoto分别利用CFX-T

5、ASCflow,FLUENT和STARCD来研究泵在非设计工况下了性能。通常情况下，CFD提供了提供了三种叶轮机械内部流动的计算方法：多参考系模型，混合平面和滑移网格。前两种方法是基本的定常流方法。在多参考系方法中，旋转轴被保持在一个固定的位置以及用于在旋转参考系旋转轴的控制方程求解，包括科里奥利力和离心力，静止部分是在绝对参考系中求解的。Takamara、Goto、Goto等人已广泛利用CFD分析低比转速和中比转速泵；Sedlar和Mensik利用CFD分析径向流泵。本文中，进行的是针对于CFD在离心泵的应用的综述。阐述CFD的优点和局限性，讨

6、论CFD作为数值模拟的工具分析离心泵内部流动的当下趋势和长远发展。2.Literaturereview泵的设计者不断受到挑战，使得机械运行的更高效，平静，更经济。许多研究者将CFD作为数值模拟的工具来研究离心泵。本节介绍了研究人员通过CFD方法针对离心泵所进行的研究工作。2.1.Performancepredictionatdifferentoperatingconditions离心泵被广泛应用，因此泵系统需要在不同的应用场合有很宽的流动变化范围。最早的数值模拟聚焦于设计或接近设计工况的泵。很少会去研究非设计工况泵的性能，此时泵的性能会下降。在C

7、FD方法使用之下，可以研究在不同的运行条件下通过泵体内部不同部分的复杂流动，这有益于改进泵在非设计工况下的性能。Mentzoset进行了关于后弯式叶片离心泵的数值模拟。使用MRF方法考虑叶轮和蜗壳的相互作用是不可行的，由于其固定的耦合方程。瞬态分析被看做是一个真正能够分析叶轮和蜗壳之间相互作用的工具。3维离心泵计算模型如下图（a）所示。（a）离心泵的3维计算模型(b)泵的静压云图Mentzos利用有限体积法，采用结构画网格来求解离散控制方程，进行了离心泵叶轮内部流动的模拟。CFD技术被用来预测流动参数，压力分布和水头-流量曲线。有文章称，尽管网格

8、的尺寸对于局部边界层变量的研究不适合，但整体的信息却能很好地扑捉到。Shah利用雷诺时均方程进行了离心泵在200m3/hr流量下的稳态数