基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析
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3 结语
应用ANSYS FLUENT软件对双吸泵进行数值模拟，对 包括设计工况点、小流量点、大流量点在内的6种不同运行 工况下进行研 究。考虑容积 损失和圆盘 摩擦 损失，通 过计 算得到了外部 性 能 参 数，扬程和 效率曲线比 较 平滑，但 是 扬程和效率都没有达到设计的要求。获取叶轮、吸水室和 压水室的内部压力场和速度场特征，压力与速度分布基本
经过网格无关性分析，确定网格数量为130万个。网格 数量为进水段44334、吸水室518853、叶轮402279、压水室 283093、出水段44678。
2 双吸泵内部流场与性能参数分析
2.1 双吸泵数值模拟
本文以清水为模拟介质，选取雷诺平均N -S 方法中的 标准k-ε模型。应用有限体积法，采用定常、稳态流场进行 数值模拟，Fluent主要操作步骤如下：
的处理选取标准壁面函数。 （2）定义计算域。叶轮为旋转区域，转速为2950 rpm，
由模型确定旋转轴为Z 轴，方向为正。设置静止区域的部 分为吸水室、压水室、进水段和出水段。
（3）设置边界条件。 进口边界：进水段的进水面为速度进口。 出口边界：将出水段的出水面设置为出口边界，选择自 由流出。 壁面的设定：叶轮前后盖板和叶片的壁面设为旋转壁 面，转速为零。其他计算域的壁面设为静止壁面。 （4）设 置求解方 法。本文 对双吸 泵 进 行定常 模 拟，压 力和速度的耦合采用SIMPLE算法更接近试验值。压力插 值 项 采用标准 形式，对 动 量、湍 动 能、湍 动 耗 散率 均 选 择 一阶迎风格式。 2.2 计算结果
Science and Technology Innovation Herald
基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析
杨溢 (沈阳鼓风机集团股份有限公司 辽宁沈阳 110869)
摘 要：双吸离心泵作为通用机械，具有流量大、扬程高、维修方便等特点，应用领域广泛，涉及行业面广。随着迅猛发展
合 理，符 合双吸 泵的流动特 性，从而认证了数值 模 拟的可 行性。 参考文献 [1] 关 醒 凡 . 双 吸 泵 系 列 产 品 的 开 发 [ J ] . 水 泵 技 术 ,
2004(5):28-32. [2] 吴贤芳,谈高明,刘厚林,等.叶片出口角对离心泵性能曲
线形状的影响[J].农机化研究,2010, 9(9):166-169. [3] 刘厚林,谈高明,袁寿其.离心泵圆盘摩擦损失计算[J].农
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图3 叶轮速度矢量图
业工程学报,2010,12(科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
其中q280m3h23内部流场分析从叶片静压云图上可以看出叶片的工作面和背面的压力都是沿着出流方向呈阶梯状逐步增大工作面的压力大于背面的压力压力分布是不对称的分布比较合理符合双吸泵的流动情况
工业技术 DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.25.089
科技创新导报 2019 NO.25
1 双吸泵实体建模与网格划分 某S型双吸离心泵的性能参数为流量Q =280m3/ h，扬
程H =45m，转速n =2950r/min，效率η=79.0%。根据水力模 型木模图应用SolidWorks软件，主要采用放样的方法对叶 轮、压水室、吸水室进行三维水体建模。
由于双吸 泵流道的几何结 构复杂，本文应用ANSYS ICEM CFD的非结构化网格中的四面体单元对其进行网格 划分，为了液体 流动更 加平稳，本文 在吸 水室的 前 端 和压 水室的后端分别增加进出口延长段，主要步骤如下：
（1）创建 计 算 域、Pa r t。本文为5 个 计 算 域，对每 个 计 算域划分3～5个Part，并对每个Part进行命名区分。
（2）设 置网格尺寸并 生 成网格。既 可以设 置模 型的整 体尺寸，如果需要也可以对Part进行加密划分。
（3）合并网格。依次导入 压 水室、叶轮、吸 水室、进 水 段、出水段的网格文件，完成合并。
工业技术
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图1 叶片静压云图
随 着双吸离心泵在国内应 用的 领域 越 来 越 广，目前开 始重视对双吸泵的全面深入研究工作。国内常用的双吸离 心泵型号有 S型、SH 型、SA型等中开双吸离心泵[1]，较早 的双吸 泵产品性 能能否满足市场的高指 标高 要求有待 研 究。本文 正 是 对某 S 型 双吸 泵 模 型 进 行数值 模 拟分析，从 而得出其性能能否满足要求。
2.3 内部流场分析
从叶片静压云图上可以看出，叶片的工作面和背面的压 力都是沿着出流方向呈阶梯状逐步增大，工作面的压力大 于背面的压力，压力分布是不对称的，分布比较合理，符合 双吸泵的流动情况。叶轮的低压区出现在叶轮入口稍后的 叶片 背面，这部 分 也是 最容易发 生汽蚀的地方，随 着流 量 的增加，入口低压区也逐渐减少。
本文选取6 个工况点进行分析，分别是0.4Q 、0.6Q 、
0.8Q 、Q 、1.2Q 、1.4Q 。 双吸泵的扬程计算公式如下[2]： H = Pout − Pin + ∆z (1) ρg
式中：P in、Pout——进、出口单位面积平均总压力，Pa；
的计算流体动力学（CFD）技术，数值模拟技术已经作为一种重要手段来研究流体机械的内部流动规律以及预测流体外
部性能参数。本文基于ANSYS FLUENT对某S型双吸离心泵进行分析，从而获得外部参数与内部流动特征。
关键词：双吸离心泵 数值模拟 网格划分
中图分类号：TP391.77
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)09(a)-0089-02
（1）设 置 计 算 模 型。选 择 标准k -ε模 型，对于 近 壁面
表1 扬程、效率参数
流量Q/（m3/h） 扬程H/（m） 效率η/（%）
0.4 Q
49.5
51.6
0.6 Q
48.5
66.9
0.8 Q
47.0
75.9
1.0 Q
44.5
78.9
1.2 Q
39.2
76.6
1.4 Q
32.7
71.6
的变化。流体进 入 压 水室 后，压 水室静压在 进口处 压力较 小，随着运动在出口处增大，但是由于流动损失的存在，压 水室总压是沿着流动方向逐渐降低的，符合流体力学流动 规律。
从叶轮速度矢量图可以看出，叶轮内的流动比较均匀 总体良 好，叶轮内速 度沿 流体 流动 方向逐 渐 增大，即叶轮 进口处流 速 最 小，出口处流 速 最 大，与理 论分析的 结果 相 一 致。在 工 况 点和大 流 量 情况下，整 体的对 称性比较 好。 由于大流量和双吸泵存在冲击损失，所以在速度上，大流 量工况要比小流量工况小一些。
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图2 z=0吸水室、压水室静压云图
从z =0吸水室、压水室的静压云图可以看出，吸水室的 压 力均 匀 在 进口处没有 变 化，在 大 流 量下 静压 力有 梯度
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
89
科技创新导报 2019 NO.25 Science and Technology Innovation Herald
Δz ——进、出口之间的高度差，m。
双吸泵的总效率计算公式如下[3]：
η
=
1
(ηvηh )+
1 ∆Pd
Pe + 0.03
(2)
式中：ηv——容积效率；ηh—— 水力效率；ΔP d——圆 盘摩擦损失功率；Pe——输出功率。
各工况点的扬程、效率性能参数见表1。 其中Q =280m3/h。
应用ANSYS FLUENT软件对双吸泵进行数值模拟，对 包括设计工况点、小流量点、大流量点在内的6种不同运行 工况下进行研 究。考虑容积 损失和圆盘 摩擦 损失，通 过计 算得到了外部 性 能 参 数，扬程和 效率曲线比 较 平滑，但 是 扬程和效率都没有达到设计的要求。获取叶轮、吸水室和 压水室的内部压力场和速度场特征，压力与速度分布基本
经过网格无关性分析，确定网格数量为130万个。网格 数量为进水段44334、吸水室518853、叶轮402279、压水室 283093、出水段44678。
2 双吸泵内部流场与性能参数分析
2.1 双吸泵数值模拟
本文以清水为模拟介质，选取雷诺平均N -S 方法中的 标准k-ε模型。应用有限体积法，采用定常、稳态流场进行 数值模拟，Fluent主要操作步骤如下：
的处理选取标准壁面函数。 （2）定义计算域。叶轮为旋转区域，转速为2950 rpm，
由模型确定旋转轴为Z 轴，方向为正。设置静止区域的部 分为吸水室、压水室、进水段和出水段。
（3）设置边界条件。 进口边界：进水段的进水面为速度进口。 出口边界：将出水段的出水面设置为出口边界，选择自 由流出。 壁面的设定：叶轮前后盖板和叶片的壁面设为旋转壁 面，转速为零。其他计算域的壁面设为静止壁面。 （4）设 置求解方 法。本文 对双吸 泵 进 行定常 模 拟，压 力和速度的耦合采用SIMPLE算法更接近试验值。压力插 值 项 采用标准 形式，对 动 量、湍 动 能、湍 动 耗 散率 均 选 择 一阶迎风格式。 2.2 计算结果
Science and Technology Innovation Herald
基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析
杨溢 (沈阳鼓风机集团股份有限公司 辽宁沈阳 110869)
摘 要：双吸离心泵作为通用机械，具有流量大、扬程高、维修方便等特点，应用领域广泛，涉及行业面广。随着迅猛发展
合 理，符 合双吸 泵的流动特 性，从而认证了数值 模 拟的可 行性。 参考文献 [1] 关 醒 凡 . 双 吸 泵 系 列 产 品 的 开 发 [ J ] . 水 泵 技 术 ,
2004(5):28-32. [2] 吴贤芳,谈高明,刘厚林,等.叶片出口角对离心泵性能曲
线形状的影响[J].农机化研究,2010, 9(9):166-169. [3] 刘厚林,谈高明,袁寿其.离心泵圆盘摩擦损失计算[J].农
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图3 叶轮速度矢量图
业工程学报,2010,12(科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
其中q280m3h23内部流场分析从叶片静压云图上可以看出叶片的工作面和背面的压力都是沿着出流方向呈阶梯状逐步增大工作面的压力大于背面的压力压力分布是不对称的分布比较合理符合双吸泵的流动情况
工业技术 DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.25.089
科技创新导报 2019 NO.25
1 双吸泵实体建模与网格划分 某S型双吸离心泵的性能参数为流量Q =280m3/ h，扬
程H =45m，转速n =2950r/min，效率η=79.0%。根据水力模 型木模图应用SolidWorks软件，主要采用放样的方法对叶 轮、压水室、吸水室进行三维水体建模。
由于双吸 泵流道的几何结 构复杂，本文应用ANSYS ICEM CFD的非结构化网格中的四面体单元对其进行网格 划分，为了液体 流动更 加平稳，本文 在吸 水室的 前 端 和压 水室的后端分别增加进出口延长段，主要步骤如下：
（1）创建 计 算 域、Pa r t。本文为5 个 计 算 域，对每 个 计 算域划分3～5个Part，并对每个Part进行命名区分。
（2）设 置网格尺寸并 生 成网格。既 可以设 置模 型的整 体尺寸，如果需要也可以对Part进行加密划分。
（3）合并网格。依次导入 压 水室、叶轮、吸 水室、进 水 段、出水段的网格文件，完成合并。
工业技术
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图1 叶片静压云图
随 着双吸离心泵在国内应 用的 领域 越 来 越 广，目前开 始重视对双吸泵的全面深入研究工作。国内常用的双吸离 心泵型号有 S型、SH 型、SA型等中开双吸离心泵[1]，较早 的双吸 泵产品性 能能否满足市场的高指 标高 要求有待 研 究。本文 正 是 对某 S 型 双吸 泵 模 型 进 行数值 模 拟分析，从 而得出其性能能否满足要求。
2.3 内部流场分析
从叶片静压云图上可以看出，叶片的工作面和背面的压 力都是沿着出流方向呈阶梯状逐步增大，工作面的压力大 于背面的压力，压力分布是不对称的，分布比较合理，符合 双吸泵的流动情况。叶轮的低压区出现在叶轮入口稍后的 叶片 背面，这部 分 也是 最容易发 生汽蚀的地方，随 着流 量 的增加，入口低压区也逐渐减少。
本文选取6 个工况点进行分析，分别是0.4Q 、0.6Q 、
0.8Q 、Q 、1.2Q 、1.4Q 。 双吸泵的扬程计算公式如下[2]： H = Pout − Pin + ∆z (1) ρg
式中：P in、Pout——进、出口单位面积平均总压力，Pa；
的计算流体动力学（CFD）技术，数值模拟技术已经作为一种重要手段来研究流体机械的内部流动规律以及预测流体外
部性能参数。本文基于ANSYS FLUENT对某S型双吸离心泵进行分析，从而获得外部参数与内部流动特征。
关键词：双吸离心泵 数值模拟 网格划分
中图分类号：TP391.77
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)09(a)-0089-02
（1）设 置 计 算 模 型。选 择 标准k -ε模 型，对于 近 壁面
表1 扬程、效率参数
流量Q/（m3/h） 扬程H/（m） 效率η/（%）
0.4 Q
49.5
51.6
0.6 Q
48.5
66.9
0.8 Q
47.0
75.9
1.0 Q
44.5
78.9
1.2 Q
39.2
76.6
1.4 Q
32.7
71.6
的变化。流体进 入 压 水室 后，压 水室静压在 进口处 压力较 小，随着运动在出口处增大，但是由于流动损失的存在，压 水室总压是沿着流动方向逐渐降低的，符合流体力学流动 规律。
从叶轮速度矢量图可以看出，叶轮内的流动比较均匀 总体良 好，叶轮内速 度沿 流体 流动 方向逐 渐 增大，即叶轮 进口处流 速 最 小，出口处流 速 最 大，与理 论分析的 结果 相 一 致。在 工 况 点和大 流 量 情况下，整 体的对 称性比较 好。 由于大流量和双吸泵存在冲击损失，所以在速度上，大流 量工况要比小流量工况小一些。
(a)0.6Q (b)1.0Q (c)1.2Q 图2 z=0吸水室、压水室静压云图
从z =0吸水室、压水室的静压云图可以看出，吸水室的 压 力均 匀 在 进口处没有 变 化，在 大 流 量下 静压 力有 梯度
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
89
科技创新导报 2019 NO.25 Science and Technology Innovation Herald
Δz ——进、出口之间的高度差，m。
双吸泵的总效率计算公式如下[3]：
η
=
1
(ηvηh )+
1 ∆Pd
Pe + 0.03
(2)
式中：ηv——容积效率；ηh—— 水力效率；ΔP d——圆 盘摩擦损失功率；Pe——输出功率。
各工况点的扬程、效率性能参数见表1。 其中Q =280m3/h。