曹树良 离心泵压水室内部流动数值模拟
离心泵内部动静干涉作用的数值模拟
况 ,定义式为
Cp
=
p - ref
015ρu
2 2
式中 p ———监测点静压 ,Pa
pref ———参考压力 ,取 101 325 Pa ρ———工作介质水的密度 ,取 1 000 kg/ m3 u2 ———叶轮出口处圆周线速度 ,m/ s 图 4 给出了蜗舌附近点测点 37 、38 、39 压力系 数在时域及频域的分布情况 。图 4a 可见 3 个监测 点压力随时间周期性脉动明显 ,且最靠近蜗舌的测 点 38 压力较高而最靠近叶轮与蜗壳动静交界面的 测点 37 脉动幅度较大 。图 4b 中无量纲压力系数频 谱给出了各点在不同频段脉动的剧烈程度 ,其中测 点 38 与测点 39 幅值相近约为测点 37 脉动幅值的 一半 。各点脉动基频与叶片旋转频率 (blade passing frequency , 简称 BPF) 相等 ,均为 140 Hz。由此可见 , 叶片旋转频率决定了蜗壳附近压力脉动频率 ;脉动 幅值则与位置有关 ,靠近动静交界面的点受干涉作 用脉动幅值明显较大 。 图 5 给出了蜗壳截面上 R = 207 mm 沿周向分 布的 4 个监测点压力系数在时域及频域的分布情 况 。图中显示了各监测点压力明显的周期性脉动特 点 ,脉动基频均为叶片旋转频率 ,但由于位置的不同 脉动幅值差异较大 。沿叶片旋转方向靠近蜗舌的点
图 4 蜗舌附近的压力分布 Fig. 4 Pressure distribution near volute tongue (a) 压力系数随时间分布 (b) 压力系数脉动频率分布
图 5 蜗壳内周向压力分布 Fig. 5 Pressure distribution in volute (a) 压力系数随时间分布 (b) 压力系数脉动频率分布
离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟的开题报告
离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟的开题报告一、研究背景及意义离心泵是一种广泛应用于工农业生产、交通运输和生活领域的流体机械设备。
其具有结构简单、易于维护、安装方便、运转平稳和效率高等优点，因此被广泛应用于各个领域。
然而，在离心泵的运行过程中，由于复杂的流动场和转动机件之间的相互作用，可能会产生一些不可避免的问题，如振动、噪声、损耗等，这些问题在很大程度上影响了离心泵的运行效率和使用寿命。
因此，对离心泵的流动特性进行深入研究具有很大意义。
现有的离心泵研究主要集中在稳态流动方面，对于流动的非定常性质很少涉及。
而离心泵受流量和转速等工作条件的影响，其内部流场往往也是非定常的，因此对于离心泵非定常全流场数值模拟研究的开展也具有重要意义。
内流PIV测试技术是一种可以获取全场速度矢量的实验方法，可以提供全方位的流场信息，为离心泵非定常全流场数值模拟提供了可靠的实验数据验证。
二、研究内容及研究方案本课题旨在针对离心泵内部流场进行研究，具体内容包括：1.设计多种不同流道结构的离心泵，并进行流场敏感性研究，选择合适的离心泵进行后续实验研究。
2.使用内流PIV技术对离心泵内部流场进行测量，获取全场速度矢量数据，并与已有的稳态流动实验数据进行对比和分析。
3.建立离心泵的非定常全流场数值模型，采用CFD软件对不同工作条件下的离心泵内部流场进行模拟计算。
4.将实验测试结果与数值模拟结果进行对比分析，验证数值模拟的可靠性，并深入分析离心泵内部流场的特性。
5.探索离心泵的优化设计方向，包括流道结构、转子叶片角度和曲率等参数的优化。
三、研究计划及预期成果本研究计划分为三个阶段，具体计划如下：1. 第一阶段（3个月）：完成多种不同流道结构的离心泵设计，进行流场敏感性研究，并选择合适的离心泵进行后续实验研究。
2. 第二阶段（6个月）：使用内流PIV技术对离心泵内部流场进行测量，并进行数据分析和处理。
3. 第三阶段（9个月）：建立离心泵的非定常全流场数值模型，并进行模拟计算。
船用离心泵内部流场的数值模拟及试验分析
第46卷第2期2017年4月船海工程SHIP & OCEAN ENGINEERINGVol . 46 No . 2Apr . 2017DOI ： 10. 3963/j. issn. 1671-7953.2017. 02. 037船用离心泵内部流场的数值模拟及试验分析黄书才，穆春玉，杨勤，陈斌，沈飞，罗力(武汉船用机械有限责任公司，武汉430084)摘要:为预测WDP150型船用离心泵的水力性能和汽蚀性能，基于yV-S 方程及湍流模型对其内部流场进行数值模拟，在闭式试验台上进行性能试验，比较和分析各性能参数仿真值和试验值的差异。
结果表 明，数值仿真可直观形象地分析离心泵内部流动规律，并能很好地预测离心泵的性能参数，为过流部件的优化 设计和后续设计同类型泵提供理论依据。
关键词:离心泵;内部流场;性能参数;数值模拟;闭式试验中图分类号：U664.5文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)02-0157-04电动深井式离心泵越来越广泛地被应用于成品油船、化学品船、原油船和FPS0，是液货船进行液货装卸、扫舱和船舱清洗排水的主要配套装备， 是仅此于油船主机的第二大系统[1]。
为降低研发成本及缩短开发周期，越来越多的科研工作者 通过数值模拟对离心泵内部流场进行仿真分析， 取得了一定的研究成果[2_7]。
然而，这些研究仅模 拟离心泵的内部流场及外特性，较少精确仿真离 心泵的汽蚀性能。
另外，详细总结离心泵各性能 参数的仿真值与试验值差别的研究也鲜见报 道[8_9]。
以本公司自主研发的WDP150型船用离心泵为研究对象，在额定工况下对内部流场进行 数值模拟，分析内部流动规律，并对外特性进行试 验验证，详细分析各性能参数的仿真值与试验值 的差异，为离心泵的研制提供参考。
1模型及网格计算模型是一台比转速为88.4的立式、单吸船用离心泵，型号为WDP 150，其设计参数见表1。
表1WDP150型船用离心泵的基本设计参数流量/ ( m3 • h~1 )扬程/m转速NPSH/m/ ( r • min )300120 3 0426计算域及网格划分如图1所示，包括进水管收稿日期:2016-10-13 修回日期:2016-10-29基金项目：国家发改委项目(发改办高技[2015]1409号) 第一作者:黄书才（1986—），男，硕士，助理工程师 研究方向：流体机械设计研发路、叶轮、压水室和出水管路4个部分，其中进水 管路和出水管路是为了避免求解时出现回流而人 为添加的两段圆柱管道，其长度可由经验值取得。
基于CFD的离心泵内部三维流动数值模拟和性能预测_王志坚
从图中可以看出， 叶轮在进口处速度比较低， 但流动比较均匀， 说明叶轮进口处结构设计合理。 叶轮的速度从进 口 到 出 口 逐渐 增加， 在 出 口 处达 到最大值。这 是因 为 随着 叶轮半 径 的 增加， 流体 的线速度 也随着 增加。 隔舌 附 近 的速度分 布 紊 乱， 这是因为隔舌 的 阻 力和 叶轮 带 动 流 体 高速 旋 转所致。螺旋 流 道 大 部 分速度 矢 量 是 均匀 的， 在 出口处流动不稳定 并 出 现 回 流， 这 是因 为 涡壳 出 口压力较高 造 成的。 总 体而 言， 离心 泵 流 动 状 况 ， ， 良好 没有出现明显的二次流 漩涡等不良现象。 图 4 是相对速度 矢 量， 从图可 以 看 出总 体 上 离心泵的相对速度分布比较均匀。在两个叶片之 间的流体中存在着射流 － 尾 迹 流 动， 在 每 个 叶片 吸力面附近， 形成一个低能流体区， 流体相对速度 较小， 形成 尾 迹 区; 而 在 叶轮 压 力面 附 近， 形成 一 个高能 流 动 区， 流 体 相 对速度 较 大， 形成 射 流 区; 吸力面附 近 的速度 要 明 显 高于 压 力面 附 近 的速 度; 在 隔舌 附 近， 流 体 的 相 对速度的 矢 量 分 布 错
图2 离心泵网格划分
2． 2
控制方程
壳内流动( 绝对运动) ， 在两 个 区 域交 界 面 处 交 换 惯性坐标系下的流体参数， 保证交界面的连续性。 边界条件设置如下: ( 1 ) 入 口 边 界 条 件设 置 为 速度 入 口， 指定入
离心泵内部流动属于三维、 粘性、 非定常湍流流 动， 其运动规律符合 Navier － Stokes 方程， 而离心泵
式中
— —流体密度 ρ— u— — —速度 p— — —压力 t— — —时间 x— — —空间坐标 — —动力粘度 μ— S— — —源项 k 方程为: 使用标准 κ － ε 模型使雷诺方程封闭， ( ρk ) ( ρku i ) + t x i μ t k = + G k － ρε + x j μ σ k x j ε 方程为:
离心泵水力损失的计算
（３６） ４计算实例
ｔ。＝一ｏ．ｏｏｏ，ｓ＋ｏ．ｚｔ孟一ｏｔ：ｓ（志）２＋冀妻盖耄溅娄乒泵的性能参数和结构 （３）仉＞６５，ｎ＜２ ｏｏＯ＿ｒ／ｍｉｎ
为了验证上述计算方法，计算了６台离心泵，并
ｐｎ咖岫０ｆ 裹ｌ计算实例的性能参数和几何参数
’Ｉｈｂ．１ Ｃｋ啊倒｝ｅＩ．｜摹峙ｃ蚰ｄ群棚眦打ｙ
ｍｏｄ出
裹２计算结果与实验值
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多级离心泵双螺旋形压水室内部流动数值模拟
第七届全田水力机械及其系统学术会议论文集多级离心泵双螺旋形压水室内部流动数值模拟陈芳芳Lz ，秦武L2，罗瑞祥1，李志鹏2 (1．长沙佳能通用泵业有限公司，湖南长沙410323；2．长沙理工大学，湖南长沙410114) 擅耍。
根据隔板延伸位置和速度系数法对多级离心泵双螺旋形压水室进行了多方案设计，方案一隔 板延伸位置为蜗壳第Ⅸ断面，速度系数为O ．38。
方案二隔板延伸至出口附近，速度系数为038。
方 案三隔板延伸至出口附近，速度系数为0．44。
基于标准k-e 双方程紊流模型，采用SIIdPLEC 算法， 通过求解Navier-Stokes 方程，对三个方案的进行了压水室内部流动进行了数值模拟和分析，得蓟其 内部流动的主要特征。
模拟结果表明：三个方案中方案二流动规律及内部压力场和速度场优于其他 两个方案；隔舌、隔板头部及尾部、第x断面处流体流动性差。
性能试验结果验证了数值模拟的正确性。
关键词：多级离心泵：压水室；内部流动：数值模拟中图分类号：TH311文献橱b 砉滔：ANumerical Simulation of Internal F l ow through the Double SpiralCasing of Multi-stage Centrifugal PumpCHENFa 咖l ，2，QNWul,2，LUO R"mxiangl ，LI Zhipen92(1．ChangshaC an on g en er al p u m p i ndu st ry CO ．,LTD ，Hunan,Changsha 410323 China ： 2．Changsha Univ ersity o fS ci en ceand Technology,Hunan,Changsha 4101 14 C hina)Ab s tr a ct ：A c co r di n g to th e partition e xt e nd e d po sit io n a nd the metho d o f ve lo cit y co ef f ic ie nt for t hre e scheme designs for double spiral 馏iIlg of mult istage c en tr if ug al pu m p ,t h e parti don of baffleextendingposi ti on of scheme on e is n ear to scroll I X se ct ／o n,wit h ve loc ity coefficient of O ．38．Scheme two baffle extends to nesr th e exit,with velocity coefficient of O ．38．Scheme t hree baffle extends to n e s t t he e xit , ve lo ci ty co ef fi c ie nt of0．44．B as ed on t he st andar d k-Emodel ，the three-dimensional Navier-Stokes equation is solved w it h SIMPLEC algorithm in the bo dy —f ine d curvi]in瞰coordinate for intem al flow throu#thespiral caS 缸g o f c en -t r if ug al p u m p of the th re e schemes ．Major characteristics of internal fl o w in t hespiral casing ar e obt ained by numerical simula ti on ．The simula tion results sh o w that ：the f low law andinternal pressure and v el oc i ty field ofthe second scheme of double spiral casmg scheme for the t hr eeschemos andwa s be tt er than the ot he r twoschemes ；The worst positionsof fluid fl ow in t he double spiral casing were where tongue was ,th e h ead a nd tail ofbaffle and where X se ct io n of c a s in g ．T h e results ofperformertests pr ov e d the cor rec tn ess ofthe numerical simulation results ． K e ywords ：∞劬删pump ；spiralcasing ；internal flow ；numericalsimulation压水室与叶轮、吸水室同为多级离心泵的主 较好的水力性能lIl 。
离心泵压水室断面面积对内部流场影响
［ Ａｂ Ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ｌ ａ ｒ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｆ ｐ ｕ ｍ ｐ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｐ ｕ ｍ ｐ 。Ｉ Ｓ Ｉ Ｏ ０ —
离心泵蜗壳内压力脉动特性数值分析
离心泵蜗壳内压力脉动特性数值分析刘厚林;杜辉;董亮;吴贤芳;刘东喜【摘要】为揭示离心泵蜗壳流道内的压力脉动变化规律,采用雷诺时均方法(RANS),对3种工况下的离心泵内部三维非定常湍流流场进行数值计算,分析同一蜗壳断面不同位置以及沿蜗壳周向不同点的压力脉动特性.结果表明:蜗壳流道内具有非常明显的压力脉动,在各种工况下压力脉动的主频均是叶片通过频率；同一蜗壳断面上的压力脉动从蜗壳底部到蜗壳背面先减小后增大,蜗壳底部监测点的高频脉动成分较多；沿蜗壳周向,随着圆周角的增大,压力脉动减弱,隔舌附近压力脉动幅度最大,且高频脉动成分明显增加.%In order to reveal the variation laws of the pressure fluctuation in the volute of a centrifugal pump, the three-dimensional unsteady flow fields in the centrifugal pump under three different conditions are numerically solved by means of the Reynolds-averaged Navier-Stokes method. The pressure fluctuations at different points of the same section of the volute and different points along the circumferential direction of the volute are analyzed. The results show that the pressure fluctuations in the volute are obvious. The dominant frequencies under three conditions are found to be the ones that the blades pass. The pressure fluctuations at the same section decrease first and then increase from the bottom to the rear of the volute, and high-frequency fluctuations at the monitoring points on the bottom of the volute are evident. Along the circumferential direction, with the increase of circular angles, the pressure fluctuations decrease. The amplitude of pressure fluctuations isthe largest near the tongue where high-frequency fluctuations dramatically increase.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2013(033)001【总页数】5页(P18-21,32)【关键词】离心泵;蜗壳隔舌;压力脉动;雷诺时均法;数值分析【作者】刘厚林;杜辉;董亮;吴贤芳;刘东喜【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TV136+.2离心泵的空间非对称结构使其内部流动呈现出复杂的非定常特性,这种特性使泵在产生静态压力分量的同时还会产生动态压力分量,也就是压力脉动[1]。
离心泵叶轮内部三维紊流数值模拟与验证
2005年1月农业机械学报第36卷第1期离心泵叶轮内部三维紊流数值模拟与验证3钱 健 刘 超 汤方平 成 立 【摘要】 基于N 2S 方程和标准的k 2Ε紊流模型,对一比转数n s =96的离心泵叶轮内部的流动情况进行了数值模拟,模拟软件对3个典型工况进行计算,得到了叶轮内的速度和压力分布,并和P I V 实验结果比较,两者在总体上是一致的。
关键词:离心泵 叶轮 紊流流动 数值模拟中图分类号:TH 311文献标识码:ANu m er ica l Si m ula tion and Ver if ica tion of the 3D Turbulen t Flowi n Cen tr ifuga l Pu m p I m pellerQ ian J ian L iu Chao T ang Fangp ing Cheng L i(Y ang z hou U n iversity )AbstractB ased on the N avier 2Stokes equati on and the k 2Εtu rbu len t m odel ,the num erical si m u lati on of the 32di m en si onal tu rbu len t flow w as app lied to the inner flow of a cen trifugal i m p eller w ith sp ecific sp eed 96.T he distribu ti on of the velocity and p ressu re are p resen ted in the b lade 2to 2b lade p assage at the design and off 2design op erating conditi on s .T he si m u lati on resu lts w ere verified w ith the exp eri m en tal resu lts by P I V .Key words Cen trifugal p um p ,I m p eller ,T u rbu len t flow ,N um erical si m u lati on收稿日期:200304293国家自然科学基金资助项目(项目编号:59949010)钱 健 扬州大学水利科学与工程学院 硕士生,225009 扬州市刘 超 扬州大学副校长 教授 博士生导师汤方平 扬州大学水利科学与工程学院 副教授成 立 扬州大学水利科学与工程学院 讲师 引言离心泵叶轮内部的流动是十分复杂的三维紊流流动,受到曲率、旋转及进出口条件的影响。
基于CFD的离心泵内部三维流动数值模拟和性能预测
关键词 ： 离 心泵 ； 数值模拟 ； 多重参 考坐标系 ； 性能预测
中 图分 类 号 ： Ｔ ３ Ｈ 文献 标 识 码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ２ ０ ．０ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ ５— ３９ ２ １．６ ０４ ｓ
Ｎｕｍｅ ｉ ａ ｉ ｒｃ ｌＳ ｍｕｌ ｔｏ ｏ ｒ ｅ ｄ ｍ ｅ ｉ ａ ｏ ｉ ｎｔ ｉｕｇ ｌＰｕ ｐ ａ ｎ ｆＴｈ ｅ ・ ｉ ｎｓｏｎ Ｆｌ ｗ ｎ Ｃｅ ｒｆ ａ ｍ ｉ ｌ ａ ｒ ｏ ｍ ａ ｅ Ｐｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｓ ｄ ｏ ＣＦＤ ｎｄ Ｐｅ ｆ ｒ ｎｃ ｅ ｉ ｔｏ Ｂａ ｅ ｎ
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Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｗ ｓ ｓｍｕ ａｅ ｅｆ ｌ ｔｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｎ ｌｖｓ ｏ ｓｆ ｗ ｏ ｅ ｉ ｅ ｌｒａ ｄ ｖ ｌｔ ｏ ｅｄ ｅ４ Ｂ ６ ｃ ｎ ｒ ｕ ａ ｓ ｒ ｃ ： ｔ ａ ｉ ｌｔ ｄ ｔ ｕｌ ｈ ｅ － ｉ ｎ ｉ ａ ｉｃ ｕ ｏ ｆ ｈ ｍｐ ｌ ｎ ｏｕ ｅｆ ｗ ｆ ｌ ｓｏ ｔ ０ Ｚ ｅ ｔｉ ｇ ｈ ｏ ｌ ｔ ｅ ｌ ｉ ｆ ｈ ｆ ｌ
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低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟
第49卷第11期中南大学学报(自然科学版) V ol.49No.11 2018年11月Journal of Central South University (Science and Technology)Nov. 2018 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2018.11.030低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟李重庆1，邵春雷1, 2(1. 南京工业大学机械与动力工程学院, 江苏南京，211816；2. 常州大学机械工程学院江苏省绿色过程装备重点实验室, 江苏常州，213164)摘要：为研究低比转速离心泵内部气液两相流动的流型和气泡直径的变化规律，采用高速摄像技术对泵内部气液两相流动进行可视化试验，同时采用Eulerian-Eulerian非均相流模型和RNG k−ε湍流模型对泵内部气液两相流动ϕ下叶片表面中间流线气相体积分数随中间流线相对位置的变化规进行数值模拟，得到不同进口气相体积分数ϕ从0.4%增大到3.5%时，叶轮内部流型分别为泡状流、聚合泡状流、气团流和分层流，律。
研究结果表明：当泵进出口压差损失逐渐增加；保持初始液相流量不变，当进气量由1 L/min增大到3 L/min时，气泡的平均直径由0.61 mm逐渐增大到0.85 mm；保持进气量不变，当液相流量由5 m3/h增大到10 m3/h时，气泡的平均直径由1.00 mm减小到0.82 mm；叶片压力面和吸力面中间流线上的气相体积分数从叶轮进口到出口先增大后逐渐降低，ϕ增加，压力面的气相积聚区域逐渐扩大。
出口附近由于漩涡的存在而使气相体积分数略有增加，且随着关键词：低比转速离心泵；气液两相流；流型；高速摄像机；气泡直径中图分类号：TH311 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2018)11−2877−09Visualization experiment and numerical simulation of gas-liquid two phase flow in a low specific speed centrifugal pumpLI Chongqing1, SHAO Chunlei1, 2(1. School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China;2. Jiangsu Key Laboratory of Green Process Equipment, School of Mechanical Engineering,Changzhou University, Changzhou 213164, China)Abstract: In order to study the change rule of gas-liquid two-phase flow patterns and bubble diameter in a low specific speed centrifugal pump, high-speed camera was used to perform the visualization experiment. Moreover, Eulerian-Eulerian inhomogeneous model and RNG k−ε turbulence model were used to simulate the internal flow of the pump. The change rule of gas volume fractions on the midline of the blade surface with the relative position of midline at different inlet gas volume fractions was obtained. The results show that when the inlet gas volume fraction increases from0.4% to 3.5%, four flow patterns including bubble flow, agglomerated bubble flow, gas pocket flow and segregated flowoccur, and differential pressure loss of the pump gradually increases. When the inlet gas flow rate increases from收稿日期：2017−11−16；修回日期：2018−01−29基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51306087)；江苏省“六大人才高峰”项目(GDZB-032)；江苏省高等学校自然科学研究重大项目(17KJA480003)；江苏省绿色过程装备重点实验室开放课题基金资助项目(GPE201704) (Project(51306087) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(GDZB-032) supported by the Six Talent Peaks Program in Jiangsu Province; Project(17KJA480003) supported by the Natural Science Foundation of Higher Education Institutions of Jiangsu Province; Project (GPE201704) supported by the Jiangsu Key Laboratory of Green Process Equipment)通信作者：邵春雷，博士，副教授，硕士生导师，从事流体测控技术和流体机械研究；E-mail:***********************.cn中南大学学报(自然科学版) 第49卷28781 L/min to 3 L/min, bubble average diameter gradually increases from 0.61 mm to 0.85 mm. When the inlet liquid flowrate increases from 5 m3/h to 10 m3/h, bubble average diameter gradually decreases from 1.00 mm to 0.82 mm. Gas volume fraction on the midline of the pressure side and the suction side of the blade firstly increases and then gradually decreases from the inlet to outlet of the impeller. Due to gas vortex, the gas volume fraction slightly increases near the outlet of the impeller. Moreover, as the inlet gas volume fraction increases, the area of gas agglomerated region near the pressure side gradually increases.Key words: low specific speed centrifugal pump; gas-liquid two-phase flow; flow pattern; high-speed camera; bubble diameter离心泵广泛应用于农田灌溉、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等领域[1−2]。
离心泵螺旋形压水室内流场的大涡模拟
m+ 1
2S ijS ij
-
-
-
( 2)
1 5ui 5uj + 2 5x j 5x i + + f = 1- exp ( - y A ) 式中 C s —— Sm ago rin sky 常数, 取 012
其中
S ij =
-
-
∃ ——网格特征尺度, 取单元的最小尺寸 m in ( ∃ x , ∃ y , ∃ z ) f ——V an 2 D riest 型壁面函数
Large Eddy S i m ula tion of the Flow through the Sp ira l Ca s ing of a Cen tr ifuga l Pum p
Kang W ei Zhu B ao shan Cao Shu liang ( T sing hua U n iv ersity ) Abstract L a rge eddy si m u la t ion of the in terna l tu rbu len t flow th rough the sp ira l ca sing of a cen t rifuga l p um p is p resen ted. A st ream line 2upw ind fin ite elem en t fo rm u la t ion w ith second 2 o rder accu racy bo th in t i m e and sp ace is u sed fo r d iscret izing the sp a t ia lly 2filtered N avier2Stokes equa t ion rep re2 . T he sub 2g rid sca le m odel adop ted in the p resen t study is the sen ted in the Ca rtesian coo rd ina tes standa rd Sm ago rin sky m odel com b ined w ith V an 2 D riest w a ll dam p ing funct ion. T he resu lt show s tha t there a re obviou s seconda ry cro ss flow s on the cro ss2sect ion s of the ca sing w h ich is designed by the law of v u r = con st and the flow th rough it is an un steady flow. Key words Cen t rifuga l p um p , Sp ira l ca sing, L a rge eddy si m u la t ion, T u rbu len t flow , U n 2 steady flow ( 通常是计算网格的尺度) 的涡直接进行模拟; 小于 这个尺度的涡, 则用数学模型 ( 称为亚格子尺度湍流
离心式污水泵内部流场的三维数值模拟
Numera t ion Simulat ion of t he Thr ee2Dimen sional Fl o w Fiel d in a Cen t r if ugal Sewage Pump
L IU J ian2hua 1 , L IU Tian 2bao2
(1. Xinxiang Univer sit y , Xinxiang 453003 , China ; 2. Dongbei Special Steel Group Co. Ltd. , Dalian 11603 , China) Abstract :Adopting SIMPL E alogrithm ,t he f lowing f ield of sewerage pump was numerical value emulated using k 2 ε 2 A p t ur bule nce model a nd te trahedron non2st ructure grid in the De scarte s refer ence f rame. Through numerical simu2 la tio n , flow characteristics and distribution r ule we re gotten on sold pa rticle in sewerage pump , which can supply ref2 erence to optimiza tio n de sign of cent rifugal sewage p ump. Key wor ds : sewe rage pump ;flow characteristics ;granulo met ric distribution ;numerical simulation
离心式污水泵内部流场的三维数值模拟
１ １ 算模型 ．计 本文 对在输 送水和 固体颗粒时离 心泵 内部 的两 相 物质 流动的轨迹进行 数值模 拟 ， 假设 ：（ ） １ 流动 为 稳态 、 三维 、 可压 缩 流体 的等 温 流动 ；（ ） 不 ２ 运动 过
ｅ ｅ ｅ ｔ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｄ ｓｇ ｅ ｔ ｉｕ ｌｓ ｗａ ｅ ｐｕ ｐ ｒ ｎｃ ｏ ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｉｎ ｏｆｃ ｎ ｒｆ ｇａ ｅ ｇ ｍ ． Ｋｅ ｒ ｓ：ｓ ｗｅ ａ ｅ ｐｕ ｐ；ｌ ｗ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｇｒ ｎｕｏｍ ｅｒｃｄｉｔｉ ｕｔｏ ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒ ｇ ｍ ｆｏ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ； ａ ｌ ｔｉ ｓ ｒｂ ｉｎ； ｍ ｒｃ ｌｓｍ ｌ ｔｏ
摘 要 ： 用 ＳＭＰ Ｅ 算法 、，Ａ 采 Ｉ Ｌ ｋ－ 模 型和 混 合 四 面体 非 结构 网格在 笛卡 尔坐标 系 中对 离心 式 污水 泵 内部 流 场 进行
了数 值 模拟 ， 出 了污 水 泵 内 固体颗 粒 的 流动 规 律 以及 固 体 颗 粒 的 分 布 特 征 ， 离心 式 污 水 泵 的优 化 设 计提 供 理 得 为 论参考。
１紊 流 模 型 基 本 理 论
Ｐ ＋
Ｐ＋
ｆ＋ ＲＬｓ＋ ａ ｐ（Ｆｐ＋ Ｆｌｔ ＋ 。 Ｐ Ｐ ｉｐ ｔ 【
其 中下标 Ｐ为 Ｌ和 Ｓ时分别 代表 液相和 固相 ，。 ａ 为 相 的体积分数 ， 为体 积 力 ， 为 应力 张量 ， ． Ｆ ｆ 为 升力 ， Ｌ 为相 间力 ， ＲＬ 一口ｐｆ ｖ・ｖ／ ｓ 为 Ｒ， Ｓ 且 ｌ ｓｓ （ ｓ ）ｒ ，
关键词 ： 污水 泵 ； 动规 律 ； 粒 分 布 ； 值 模拟 流 颗 教 中图 分 类号 ： ＴＱＯ １ ５ ２ ． 文献标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４３ ２ （ ０ ８ ０ — ０ ７０ １ ７ — ３ ６ ２ ０ ） ４０ ６ — ３
离心长级联水力学动态数值模拟
离心长级联水力学动态数值模拟李锦;曾实【摘要】针对已有的调节方法无法进行离心长级联水力学动态模拟的问题,提出了一种新的调节方法.该方法从中间供料级出发,根据机器滞留量和管道额定流量向两端逐级调节阀门,从而得到离心长级联稳定运行时的水力学状态.50级和100级的数值模拟结果表明,该方法不受离心机水力学特性参数的限制,大幅缩短了调节时间,可以较快得到满足水力学要求的级联设计参数.在级联稳定运行的基础上,通过改变供料量,分别研究了在有无阀门自动调节作用时水力学扰动在长级联中的传播情况.【期刊名称】《同位素》【年(卷),期】2009(022)002【总页数】5页(P87-91)【关键词】离心长级联;水力学;调节;动态模拟【作者】李锦;曾实【作者单位】清华大学,工程物理系,北京,100084;清华大学,工程物理系,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 22 卷第 2 期2009 年 5 月同位Journal of 素 Isotopes Vol.22 No.2May 2009离心长级联水力学动态数值模拟李锦，曾实(清华大学工程物理系，北京 100084)摘要：针对已有的调节方法无法进行离心长级联水力学动态模拟的问题，提出了一种新的调节方法。
该方法从中间供料级出发，根据机器滞留量和管道额定流量向两端逐级调节阀门，从而得到离心长级联稳定运行时的水力学状态。
50 级和 100 级的数值模拟结果表明，该方法不受离心机水力学特性参数的限制，大幅缩短了调节时间，可以较快得到满足水力学要求的级联设计参数。
在级联稳定运行的基础上，通过改变供料量，分别研究了在有无阀门自动调节作用时水力学扰动在长级联中的传播情况。
关键词：离心长级联；水力学；调节；动态模拟中图分类号： TL25文献标志码：A文章编号： 1000-7512(2009)02-0087-00 Dynamic Numerical SimulationforHydraulics intheCentrifugeLongCascade LIJin, ZENG (Department o f Engineering Physics, TsinghuaUniversity,Beijing100084,China) Abstract: For theexistingadjustmentapproachesfail indynamicnumericalsimulationfor hydraulicsinthecentrifugelongcascade,anoveladjustmentmethodwaspropos ed. The approach adjusts valuesaccordingtocentrifugeholdupandpiperatingflowfromfeedto withdrawals stagebystage,and thenobtainsthehydraulicsof thecentrifugelongcascadeinstablerunning.The50and100stagessimulationresultsshowthattheapproachc angreatlyreduceadjustmenttimeandnotbeconstrainedbythehydrauliccharac teristicparameterofcentrifuge.Therefore,it canquicklyobtainthedesignparametersof cascadesatisfyinghy-draulicrequirement.Basedonthestablerunningofcascade,bychangingthefeedrate,thehydraulicdisturbancediffusionsin thelongcascadewithandwithoutauto-adjustmentwereinvestigatedrespectively.Keywords:centrifugelongcascade;hydraulics;adjustment;dynamicsimulation 在实际离心级联运行中，为了提高同位素产品丰度或生产效率，对级联的流体状态有一定要求。
离心泵叶轮内变流量流动特性的数值模拟
离心泵叶轮内变流量流动特性的数值模拟
张兄文;李国君;李军
【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】2005(36)10
【摘要】对一离心泵变流量时叶轮内部流动进行了数值模拟.计算过程中采用标准k-ε二方程紊流模型,SIMPLEC算法.结果表明,设计流量时,流道入口段在流道的吸力面附近流体的相对速度比压力面附近大,在流道出口段压力面附近流体的相对速度比吸力面附近大;流量大于设计流量时,在流道入口段中线附近区域流体的相对速度较大,压力面和吸力面附近流体的相对速度均较小;流量小于设计流量时,流道入口段的吸力面附近出现空穴或旋涡,流道出口压力面附近有回流.大流量时流道出口的"射流/尾迹"减弱,小流量时流道出口的"射流/尾迹"增强.
【总页数】4页(P62-65)
【作者】张兄文;李国君;李军
【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安市;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安市;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安市
【正文语种】中文
【中图分类】O357.1
【相关文献】
1.离心泵内变工况流动特性的数值研究 [J], 田辉;房媛;王文成;邹克武
2.高速复合叶轮离心泵多相位定常流动数值模拟 [J], 严俊峰;陈炜
3.高比转数离心泵叶轮内空蚀两相流动的数值模拟 [J], 刘宜;惠伟安;赵希枫;韩伟
4.长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟 [J], 崔宝玲;朱祖超;林勇刚
5.离心泵叶轮内变工况三维湍流数值模拟 [J], 李龙;王泽;徐峰;韩丹
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第25卷第3期2004年5月江苏大学学报(自然科学版)Journal of Jiangsu University(Natural Science Edition)Vol.25No.3May2004离心泵压水室内部流动数值模拟曹树良,王万鹏,祝宝山(清华大学热能工程系,北京100084)摘要:基于标准的k-E双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维Navier-Stokes方程,对一离心泵压水室内部流动进行了数值模拟和分析,得到了内部流动的主要特征1研究表明:按常规水力设计方法设计的压水室,在压水室径向断面内存在明显的二次流,速度矩也有明显的梯度1这些流动现象可能是导致压水室损失较大的主要原因1关键词:离心泵;压水室;内部流动;数值分析中图分类号:KT311文献标识码:A文章编号:1671-7775(2004)03-0185-04Numerical simulation of internal flow through the spiral casingof centrifugal pumpC AO Shu-liang,WANG Wan-peng,Z HU Bao-shan(Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beiji ng100084,China)Abstract:Based on the standard k-E model,the three-dimensional Navier-Stokes equation is solved with SIMPLEC algorithm in the body-fitted curvilinear coordinate for internal flow through the spiral casing of cen-trifugal pump.Major characteristics of internal flow in the spiral casing are obtained by numerical simulation. The results show that there exist evidently the sec ondary cross flow and large gradient of the velocity moment on the cross-sections of the spiral casing,which ma y be the reason why the large energy losses are found in the spiral casing of centrifugal pump.Key words:centrifugal pump;spiral casing;internal flow;numerical simulation压水室是离心泵的一个重要过流部件,它起着重要的导流与扩压的作用1压水室内部流动的研究对于提高泵的效率,改善泵性能有重要意义1目前广泛采用的压水室设计方法是等速度矩法或给定断面面积变化规律法等[1]1由于用试验方法研究压水室内部流动不仅花费巨大,而且试验周期较长1因此,用数值方法研究压水室内部流场已成为改进和优化压水室设计的重要手段[2,3]1目前水轮机蜗壳的研究比较多,而泵压水室的研究还比较少1作者在一立式离心泵叶轮计算的基础上,利用标准的k-E双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维Navier-Stokes方程,对一种立式单级离心泵压水室内部流动进行数值模拟和分析,得到其内部流动的主要特征,为离心泵压水室设计的改进和优化提供有益的参考11数值计算方法在笛卡儿坐标系(x,y,z)中,考虑到Boussinesq 涡粘性模型,定常不可压紊流的连续方程和动量方程可写成5E5x+5F5y+5G5z=S(1)式中E=[Q u Q uu-L eff5u5x Q u v-L eff5v5x Q u w-L eff5w5x]T收稿日期:2003-12-18基金项目:/十五0国家重点技术装备研制(科技攻关)项目(ZZ02-03-01-02)作者简介:曹树良(1955-),男,甘肃省会宁人,教授,主要从事流体机械领域的研究1F =[Q v Q vu -L eff5u 5y Q vv -L eff 5v 5y Q vw -L eff5w 5y ]TG =[Qw Q wu -L eff 5u 5z Q wv -L eff 5v 5z Q ww -L eff5w 5z ]TS =055xL eff 5u 5x +55y L eff 5v 5x +55z L eff 5w 5x -5p *5x 55x L eff 5u 5y +55y L eff 5v 5y +55z L eff 5w 5y -5p *5y 55xL eff5u 5z +55y L eff 5v 5z +55zL eff5w 5z -5p *5z以上各式中,Q 是流体的密度;u ,v ,w 分别是速度在x ,y ,z 方向上的分量;p *是包含紊动能和离心力的折算压力,L eff 是等效粘性系数,等于分子粘性系数L 和Boussinesq 涡粘性系数L t 之和,即L eff =L +L t(2)为确定L t ,引入标准的k -E 双方程紊流模型L t =Q C Lk 2E(3)55x jQ u j k -L +L t R k 5k5x j=Q (p k -E )(4)55x j Qu j E -L +L t R E 5E 5x j=Q Ek (C 1p k -C 2E )(5)式中,x j (j =1,2,3)分别代表x ,y ,z 坐标,u j 分别代表速度在x ,y ,z 方向上的分量,p k 为紊动能k 的生成项,即为p k =L t Q 5u i 5x j +5u j 5x i 5u i5x j紊流模型常数分别为:C L =0109,C 1=1144,C 2=1192,R k =110,R E =1131方程(1)、(4)、(5)构成支配液体流动的封闭非线性方程组1在曲线坐标系(N ,G ,F )中,控制方程可改写成55N j Q u k U -#U5U 5N i 5Ni 5x k5N j5x k=S U (6)式中,#U 表示扩散系数,S U 表示源项,U 为未知变量1当U =1时,上式代表连续方程;当U =u,v ,w 时,上式代表N -S 方程;当U =k ,E 时,上式分别代表k -E 方程1在交错网格中,使用有限差分法近似逼近微分形式的控制方程(6)1对源项和扩散项采用二阶精度的中心差分,对流项采用混合差分1离散方程的求解采用SIMPLEC 算法[4]12 边界条件(1)进口条件:给定压力p 、流动角度、切向速度及k 、E 分布,其值由叶轮计算而得1(2)出口条件:压力、速度、k 、E 均按出口截面的法线方向梯度为零处理1(3)固壁条件:壁面速度采用无滑移条件,近壁区采用壁面函数计算速度值和k 、E 的值1(4)周期性条件:由于压水室形状复杂,为形成较理想的计算网格,在隔舌所在径向断面设置了阻塞区,形成名义上的进口和出口1计算时该径向断面上给定周期性边界条件13 计算结果与分析计算压水室为一立式离心泵压水室1设计参数为:Q =010327m 3/s ,H =28m ,压水室基圆半径R =01088m 1图1为计算区域及其网格划分1计算网格点在周向沿主流方向定义为I ,沿径向在远离机组轴线方向定义为J ,沿高度自上而下定义为K ,网格点数I @J @K =119@20@211压水室包角用<表示,定义为从喉舌算起沿着主流方向的圆心角1图1 计算区域及网格划分Fig.1 Calculation domai n and gr id311 速度及速度矩分布图2为从压水室蜗舌至蜗形段出口5个径向截面内的速度矢量分布1由图可见,在蜗形段前半部分断面内速度相对比较均匀,当包角<>120b 后,在断面内出现明显的二次流,其特点是以压水室对称面为对称轴,呈上下对称的反向涡对1随着截面向蜗形段出口推移,涡对的中心位置远离转轴中心1这些流动现象与试验测量[5]观察到的现象相一致1二次流的出现可能是导致离心泵压水室中损失较大的原因之一1图3为压水室对称面上速度矢量分布1由图可186 江苏大学学报(自然科学版) 第25卷以看出:蜗壳对称面上流动比较平顺,周向速度随半径增加而减小,这与常规的等环量蜗壳型线设计思想相吻合1但是计算结果表明,等环量的型线设计并不能获得完全等环量的流动1如图4所示,虽然压水室图2 不同径向断面速度矢量分布Fig.2 Velocity vectors of differentsections图3 对称面上速度矢量分布Fi g.3 Velocity vectors of symmetrysection图4 对称面上速度矩分布Fig.4 Veloci ty moment of symmetry section对称面上的速度矩基本相等,但各径向断面内的速度矩并不相等(如图5所示)1这可能主要是由于断面内二次流的影响所致1因此有必要进行三维压水室型线设计方法的研究1<=60b<=150b<=330b图5 不同径向断面内速度矩分布Fig.5 Velocity moment of different sections312 压力分布图6给出了压水室对称面上的静压分布1由图图6 对称面上压力分布Fi g.6 Pressure con tours of symmetry section可以看出,整个压力分布比较均匀,但在隔舌附近有较大的压力梯度1图7给出了压水室周向平均187第3期 曹树良等:离心泵压水室内部流动数值模拟静压的分布1除蜗舌附近,周向压力几乎不变,这正是压水室设计所要求的1压力在蜗舌附近存在较大的梯度,这主要是因为在隔舌附近水流外偏流向压水室的出口,导致隔舌处压力显著升高1图7 平均静压沿周向的分布Fig.7 Average pressure along circumferential direction4 结 论(1)压水室蜗形段后半段径向断面上存在明显的二次流,形状呈反向对称涡对状1(2)压水室对称面上的速度矩分布比较均匀1径向断面上速度矩的分布受二次流影响,在断面上有较大梯度1(3)压水室对称面上压力分布比较均匀1沿周向平均静压分布在隔舌附近存在较大梯度1(4)常规的一维水力设计方法可能是导致压水室损失较大的原因之一,有必要进行三维压水室型线设计方法的研究1参考文献(References)[1] 赵啸冰,许洪元.水力机械蜗壳的研究进展[J].农业机械学报,2003,34(2):136-140.Z HAO Xiao -bi ng,XU Hong -yuan.Research and develop -men t on volute of hyd raulic machinery [J].Transaction s o f the Chinese Society Agricultu r a l Machine ry ,2003,34(2):136-140.(in Chinese)[2] 吴克启,黄 坚.风机蜗壳内部旋涡流动的数值分析[J].工程热物理学报,2001,22(3):316-319.WU Ke -qi,HUANG Jian.Numerical inves tigation on vortex flow in the fan volu te[J].Journal o f En gineerin g Thermo -physics,2001,22(3):316-319.(in Chinese)[3] 廖伟丽,李建中.水轮机蜗壳内流动的数值研究[J].西安理工大学学报,2002,12(1):5-9.LIAO We-i li,LI Jian -zhong.Numerical simulation and study of internal flows through the spiral case[J].Jou r na l of Xi .an U nive rsity of Technolog y ,2002,12(1):5-9.(in C h-i nese)[4] 曹树良,许 国,吴玉林.三峡机组蜗壳内紊流的三维数值分析[J].清华大学学报,1997,37(8):95-98.CAO Shu -liang,XU Guo,WU Yu -li n.Numerical analysis of three -di mensional turbulen t flow throu gh a turbine spiral cas -ing for three gorge projects[J].Journal o f Tsin gh ua Univer-sity ,1997,37(8):95-98.(in Chinese)[5] CAO Shu -liang,QIAN Han -xin,LIN Ru -chang 1Experimen -tal study on flow characteristics and hydraulic losses in a pump -turbine volute in pu mp operati on[A].In:Procee dings o f 13th IAHR Symp.onHydraulic Machinery and Cavita tion [C].Canada:Montreal,1986.(责任编辑 陈持平)5江苏大学学报(自然科学版)6再次被评为全国中文核心期刊受国家教育部委托,由北京高校图书馆期刊工作研究会成员馆、中国科学院文献中心、中国社会科学院文献中心、农业科学院文献中心、中国人民大学书报资料中心等相关单位的百余名专家和期刊工作者参加研究,近两千名学科专家参与评审的5中文核心期刊要览6(第四版)已评定,5江苏大学学报(自然科学版)6再次名列其中。