轴流泵模型汽蚀特性的数值模拟
轴流泵模型汽蚀特性的数值模拟
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轴流泵模型汽蚀特性的数值模拟余运超;张伟;陈红勋【摘要】利用ANSYS CFXl l.0软件,采用标准后-ε湍流模式封闭雷诺应力项,使用匀相多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对轴流泵模型的汽蚀特性进行三维定常数值模拟,计算得到的流量-必需汽蚀余量(net positive suction head,NPSH,)曲线与试验结果趋势一致.另外,分析了工况和NPSH对轴流泵汽蚀特性以及泵内汽蚀形态的影响.%Using ANSYS CFX11. 0, this paper conducts full three-dimensional numerical simulations of the cavitation behavior of an axial pump with turbulence model of standard k-ε, homogeneous multiphase model, and Zwart-Gerber-Belamri cavitation model. The head performances of cavitation of an axial pump are obtained. Simulated performance of the axial pump agrees with the measured data. Location of cavitation and evolution of cavity in the axial pump and the relation between the cavitation behavior and performance of axial pump under the different operations are analyzed.【期刊名称】《上海大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(017)005【总页数】4页(P653-656)【关键词】轴流泵;汽蚀;多相流;数值模拟【作者】余运超;张伟;陈红勋【作者单位】上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072;上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072;上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072【正文语种】中文【中图分类】O357空化是液体在进入某一低压区时突然发生的空泡现象,这种现象在水力机械及水利设施中十分常见,空化现象是工程科学中的一个重要论题[1].在水力机械中将空化现象称为汽蚀.在大多数情况下,汽蚀的发生会降低水力系统的水力性能,使系统产生噪声、颤振,并在过流区侵蚀机械表面、降低系统使用寿命.因此,对水力机械的汽蚀性能进行研究在水力机械的设计、试验和使用中是非常重要的.轴流泵的汽蚀性能一般通过模型试验来确定,原型和模型之间通过泵汽蚀相似律进行转换.而对于汽蚀性能具有重要影响的叶片厚度而言,尺寸不同的泵就难以做到相似[2].由于模型试验尺寸效应的困扰,使模型试验的结果换算到实型结果的可靠性出现问题[3],因此,对轴流泵汽蚀性能进行数值模拟具有重要的积极意义. 目前,对水力机械内部空化流动的数值模拟已成为研究热点.罗先武等[4]运用VOF(volume of fluid)多相流模型及Rayleigh-Plesset气泡动力学方程对离心泵空化性能进行了模拟,并对叶轮入口参数进行改进;Bakir等[5]提出了相关的空化模型,并对导叶空化性能和状态进行了研究;Liu等[6]对轴流泵发生汽蚀时的内流进行了模拟与分析.本工作采用匀相多相流模型,结合Zwart-Gerber-Belamri 空化模型对整个轴流泵模型的汽蚀特性进行了三维定常数值模拟,并对轴流泵内部的汽蚀区域与汽蚀形态进行了分析,以期为检验空化模型在轴流泵汽蚀性能计算中的实用性和提高泵内空化模拟的精度打下一定的基础.1 轴流泵汽蚀的计算方法汽蚀是一种复杂的流动现象.轴流泵内的汽蚀包含质量传输和相间交换等复杂的物理过程.对此现象的数值模拟须同时考虑Navier-Stokes(N-S)方程、多相流模型、空化模型以及湍流模型等多个方面[7].由于空泡流中存在密度间断区域,在求解时对流项差分格式需采用TVD(total variation diminishing)概念的迎风差分格式,否则在密度间断点处计算会产生震荡发散或得到不现实的解[8].1.1 匀相多相流在本工作的计算中,多相流模拟采用匀相多相流模型.假设2种流体具有相同的速度场、压力场,混合密度是气态质量分数以及两相密度的函数.对混合场的质量、动量,联立气体输运方程和湍流模型进行求解.混合密度与气体质量分数之间的关系为气体体积分数与气态质量分数之间的关系为混合流体质量守恒方程为混合流体动量守恒方程为气体输运方程为式(1)~(5)中,ρm为混合密度,ρv为气相密度,ρl为液相密度,fv为气相质量分数,αv为气相体积分数,vm为混合流体的速度.1.2 空化模型气体输运方程中的源相Re,Rc分别对应气泡生成和溃灭的过程.源相与当地流场速度、压力、体积分数以及流体的其他基本性质有关.具体推导过程参见文献[4]. 当P≤PV时,为气泡生成过程,有当P≥PV时,为气泡溃灭过程,有式(6)~(7)中,PV为液体临界汽化压力,αnuc为气核初始体积分数,RB为气泡半径,Fvap为气泡生成系数,一般取为 50,Fcond为气泡溃灭系数,一般取为0.01.在空化模型中,假定空泡为球形,在计算中需给定气核初始体积分数和半径,气泡的生成与溃灭对应着气核的膨胀与缩小.根据通常状态下25℃清水的水质,设定初始气体体积分数为0.000 5,气核的初始半径为2E-06 m,汽化压力为3 574 Pa.1.3 湍流模型在计算过程中,使用k-ε湍流模型封闭雷诺应力项,在壁面附近采用可伸缩壁面函数(scalable wall function).1.4 数值方法及边界条件在ANSYS CFX11.0软件中,采用有限元的有限体积方法对方程组进行离散.在离散过程中,对流项采用了高分辨率格式(high resolution scheme)[9],其他项采用中心差分格式,并将扩散项和压力梯度项用形函数表示.因此,这种方法同时具有了有限体积法的守恒特性以及有限元法的数值精确性[10].由于轴流泵的装置汽蚀余量与轴流泵的入口压力密切相关,因此,在计算过程中采用压力入口和流量出口的边界条件.2 物理模型和计算网格模型泵参数如表1所示.整个计算区域使用了分块六面体网格,叶轮及导叶片采用商业软件TurbGrid进行网格化划分,其他部分使用ICEM划分网格,各部分通过交界面进行连接.在固壁处对网格进行加密,固壁处y+均小于30,满足采用k-ε湍流模型对固壁处y+的要求;其他位置网格均匀过渡,扩张率不超过1.4.总体网格数为85万,其中叶轮部分网格数为20万,导叶部分网格数为20万(见图1).表1 轴流泵相关参数Table 1 Parameters of the pump参数数值比转速1 000叶片角度/(°) 4设计工况/(l·s-1) 375转速/(r·min-1) 1 450叶轮直径/mm 300叶片数 3导叶叶片数 5间隙/mm 0.4图1 计算网格Fig.1 Computational grids3 结果和讨论3.1 汽蚀性能必需汽蚀余量取水泵扬程下降3%所对应的装置汽蚀余量[5].本次计算分别模拟了Q/Qd的值为0.92,0.96,1.00,1.04,1.08共5种工况下不同入口压力的情况,获取的装置汽蚀余量和必需汽蚀余量分别如图2和图3所示.可以看出,在装置汽蚀余量较高时,水泵扬程基本没有发生变化;当装置汽蚀余量降低到某一特征值时,水泵扬程会有迅速下降的趋势.必需汽蚀余量随流量的增大而增加,与试验一般规律一致.装置汽蚀余量(net positive suction head,NPSH)为3.2 叶轮内部空化区域(αv≥0.1)在所有的模拟工况中,空化区域均在叶轮吸力面(背面)及间隙的位置,导叶片及水泵的其他位置没有发生空化.在设计工况下,Q/Qd=1.0时(见图4),随着入口压力即装置汽蚀余量的降低,在入口处间隙的位置最先发生空化;当装置汽蚀余量降低到某一特定值时,在靠近轮毂叶片的最大厚度处的吸力面发生了空化;随着装置汽蚀余量进一步降低,空穴由轮缘和轮毂逐步向叶片中心处发展并汇合,使得流道堵塞更加严重.图2 装置汽蚀余量与扬程Fig.2 NPSHaversus head图3 流量与必需汽蚀余量Fig.3 Flow rate versus NPSHr图4 Q/Qd=1.0工况下空化区域随装置汽蚀余量的变化Fig.4 Cavitation region changes with NPSHa(Q/Qd=1.0)在小流量工况下,Q/Qd=0.92时(见图5),最先发生空化的位置也是间隙处.随着装置汽蚀余量的降低,空穴从轮缘向轮毂发展.图5 Q/Qd=0.92工况下空化区域随装置汽蚀余量的变化Fig.5 Cavitation region changes with NPSHa(Q/Qd=0.92)在大流量工况下,当Q/Qd=1.08时(见图6),最先发生空化的位置与设计流量和小流量工况下的情形相同.但是与设计工况相比,装置汽蚀余量只是降低了较小的幅度,在靠近轮毂叶片的最大厚度处的吸力面就发生了空化,并且随着装置汽蚀余量的降低,此处的空穴扩张的速度明显比间隙处发生的空穴扩张得快,而间隙处的空化区域扩张的速度小于设计流量和小流量工况下的情况.图6 Q/Qd=1.08工况下空化区域随装置汽蚀余量的变化Fig.6 Cavitation region changes with NPSHa(Q/Qd=1.08)通过空化区域与汽蚀性能可以看出,空化的出现并不意味着水泵扬程立即降低,只有当装置汽蚀余量降低到某一程度时,才表现为扬程的急剧下降.不同工况下,空化出现的位置和空化区域扩张的速度不同.在间隙处发生空穴扩张的速度随着流量的增加而减小,而在轮毂处发生空穴扩张的速度随着流量的增加而增大.所有工况下在间隙处都会出现空化现象.随着流量的增加,在轮毂处发生空化时的装置汽蚀余量也随之增加,这导致了随着装置汽蚀余量的降低,在小流量工况下扬程下降的趋势较为缓慢,在大流量工况下扬程下降的趋势比较迅速,轴流泵必需汽蚀余量随着流量的增加而增大.4 结论本工作利用ANSYS CFX11.0软件,对轴流泵的汽蚀特性进行了三维数值模拟,得出如下结论.(1)对轴流泵的空化性能进行数值模拟,得到的宏观性能能够与试验结果相吻合,数值模拟可作为水泵空化性能研究的一个重要工具.(2)空化的出现并不意味着扬程的降低,只有当装置汽蚀余量降低到某一程度时,空化气泡会严重堵塞流道,才会使轴流泵的扬程急剧下降.(3)轴流泵在大流量工况与小流量工况下,空化初生位置及发展速度不同,在小流量工况下扬程随着装置汽蚀余量的降低发生渐变,而在大流量工况下扬程降低比小流量工况下更迅速.参考文献:[1] FRANCEJ P.The Rayleigh-Plesset equation:a simple and powerful tool to understand various aspects of cavitation[C]∥ Fluid Dynamics of Cavitation and Cavitating Turbopumps.New York:Springer,2007:1-41. [2]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京:宇航出版社,1995:54-92.[3]王献孚.空化泡和超空化泡流动机理及应用[M].北京:国防工业出版社,2006:163-180.[4]罗先武,张瑶,彭俊奇,等.叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响[J].清华大学学报:自然科学版,2008,48(5):836-839.[5] BAKIRF,REYR,GERBERA G,et al.Numerical and experimental investigations of the cavitating behavior of an inducer[J].Journal of Fluids Engineering,2004,10 (1):15-25.[6] LIUS H,CHENQ G,WUY L.Unsteady cavitation turbulent flow simulation in a kaplan turbine[C]∥2nd IAHR InternationalMeeting oftheWorkgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems.2007:35-40.[7]李向宾,王国玉,张博,等.RNG k-ε模型在超空化流动计算中的应用评价[J].水动力学研究与进展,2008,23(2):181-188.[8] SINGALA K,ATHAVALEM M,LIH Y,et al.Mathematical basis and validation of the full cavitation model[J].Journal of Fluids Engineering,2002,124 (3):617-624.[9] BARTHT J,JESPERSON D C.Thedesignand application of upwind schemes on unstructured meshes[C]∥27th Aerospace Sciences Meeting.1989:1-12.[10]张洪博,陈红勋,张伟,等.离心泵定常计算中叶轮转动位置的影响分析[J].上海大学学报:自然科学版,2009,15(5):470-474.。
CFD的轴流泵内部流场数值模拟与试验分析
![CFD的轴流泵内部流场数值模拟与试验分析](https://img.taocdn.com/s3/m/17f92a75011ca300a6c390ed.png)
摘 要: 为 确 保 轴 流 泵 能够 长期 、 稳定 、 安 全 运 行 。 以某 轴 流 泵 为 分 析 案 例 , 进行 了部 流场 的流 线 、 速 度 以及 压 力 分 布 规 律 。 同 时 , 为 了验 证 水 泵 的 真 实流 态 , 制 作 了试 验 模 型 , 并展开 了 P I V粒 子 成 像 试
轴 流 泵 …是 一 种 广 泛 应 用 于 建 筑 供 水 、 农业 灌溉 、 车 间 生 产 等领 域 的抽 水 设 备 。 由于 使 用 对 象 对 水 流 速 度 、 水 压 有 着 较 高的 要 求 ,且 泵 体 自身 的水 力 性 能 对 设 备 稳 定 运 行 和 寿 命 都 有 着 重
《 工业控制计算机} 2 0 1 7年 第 3 O卷 第 1期
8 7
C F D的轴流泵 内部流场数值模拟与试验分析
轴流泵流场数值模拟及优化设计研究
![轴流泵流场数值模拟及优化设计研究](https://img.taocdn.com/s3/m/f0d5e766a4e9856a561252d380eb6294dc88227d.png)
轴流泵流场数值模拟及优化设计研究轴流泵是一种常见的离心泵,广泛应用于工业、农业、民用等领域。
随着科技的不断进步,流场数值模拟技术得到了广泛的应用,可以在设计阶段就对轴流泵进行流场数值模拟,优化设计,提高轴流泵的效率和可靠性。
流场数值模拟的基本原理是通过数学模型和计算机模拟,模拟流体在轴流泵内部的流动情况。
在进行流场数值模拟前,需要先建立包括轴流泵体积、叶轮和流道等元素的三维模型。
然后,需要选择合适数学模型以描述流体在轴流泵内的流动。
当然,还需要进行网格划分,将轴流泵内部划分成无数的小单元,从而实现流体在空间内的无限分割。
最后,利用计算机求解数学模型,得到轴流泵内部的流场分布情况,实现优化设计。
目前,轴流泵的流场数值模拟主要采用的计算方法是有限元方法和有限体积法。
有限元方法强调的是通过离散化来建立轴流泵内部流场的数学模型,这种方法非常适合处理复杂的泵型结构,对计算的精度和计算时间都有一定的保证。
而有限体积法则是将轴流泵体积划分为小的控制体积,将运动物体体积积分过程转化为控制体积上的通量积分,从而将运动物体的微积分方程转化为普通方程,大大简化了问题,同时提高了计算效率。
在进行轴流泵的流场数值模拟时,需要特别注意以下几点:一、对轴流泵的每个元素进行较为准确的建模,包括叶轮、流道和各种管路;二、对流体在轴流泵内的流动进行模拟,包括速度、压力、湍流、稳态和非稳态等因素;三、进行合理的边界条件设定,如出口压力、进口流量等等。
通过流场数值模拟,可以对轴流泵的设计进行优化。
在模拟中,可以调整不同的设计参数,如叶片数目、叶片厚度、叶片攻角、流道倾斜度和进出口口径等,来找到最合适的设计方案。
此外,模拟的结果还可以为轴流泵的实际生产提供指导,如可以检测流量、速度和压力等参数是否达到预期要求,在实际生产过程中对轴流泵进行调整。
为了更好地使用流场数值模拟技术,需要加强计算机模拟软件的开发和改进,提高计算机软件和硬件的性能,同时也需要加强对流场数值模拟理论的深入研究,以获得更好的计算效果和优化设计结果。
轴流泵定常、非定常数值模拟
![轴流泵定常、非定常数值模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/2982d8167275a417866fb84ae45c3b3567ecdda1.png)
轴流泵定常、非定常数值模拟1网格划分1.1. 叶轮[1] 在NX中,【文件(F)】→【导出(E)】→STEP203,将水体转成.stp格式。
[2] 打开ICEM CFD,【File】→【Change working directory】,选择工作目录。
[3] 【File】→【Import Geometry】→【STEP/IGES】,导入几何体,【Apply】如图4-6-1。
图4-6-1 导入几何图4-6-2 划分part[4] 【Geometry】→【Repair Geometry】,,【Apply】。
若均为红线则实体拓扑结构完整。
[5] 为了便于后面的网格划分和后续的CFD设置,将叶轮水体的不同部位设为不同的“part”,如图4-6-2。
[6] 【Creat Body】,点击“2 screen location”后的鼠标箭头,在体上选择两点,要求这两点的连线都在体内,如图4-6-3。
点1点2单击图4-6-3 生成BODY[7] 【Mesh 】→【Global Mesh Setup】进行全局网格设置,“Scale factor”:1.0,“Max element”:10.0,【Apply】。
a·ii·b图4-6-4 全局网格设置[8] 【Mesh】→【Part Mesh Setup】,进行局部网格加密。
如图5,设置max size,CKB(出口边):0.5,JKB(进口边):0.5,KT(壳体):4,LG(轮毂):4,YLCK(叶轮出口截面):4,YLJK(叶轮出口截面):4,YP(叶片):2。
图4-6-5 局部网格加密[9] 【Mesh】→【Compute Mesh】,【V olume Mesh】,“Mesh Type”:Tetra/Mixed,”Mesh Method”:Robust(Octree),如图4-6-6a,【Compute】。
生成网格数:134万,如图4-6-6b。
用数值模拟研究叶片数变化对轴流泵性能的影响
![用数值模拟研究叶片数变化对轴流泵性能的影响](https://img.taocdn.com/s3/m/badcf7c90c22590102029de3.png)
差 分格 式 中 ,为 了提 高求 解 精 度 , 差分 格 式 在 中 ,压力项 采 用 二 阶 中心 差分 格 式 ,速 度项 、紊 动
能项和紊粘系数项均采用二阶迎风差分格式。求解
2 计算模型及边界条件
2 1 控制 方程 .
过程中各迭代松 弛系数分别 为 : 压力项为 0 3 速 ., 度项为 07 紊动能项和紊粘系数项为 l ., 。
2 3 边 界条件 .
假设 转 轮转 速一 定 ,由 B us eq涡粘 性假设 o sns i
喷 水推进 器 为水 平 放置 ,为 了减小 在计 算 过程 中 因计 算 域 进 口与 出 口位 置 对 叶 轮 内部 流 场 的影 响 ,本文计 算 域 的进 口与 出 口适 当 向外 作 了延 伸 。
率 为 叶轮产 生 的有效 功率 与计 算轴 功率 之 比。
渐增加 , 其中效率的变化较缓 , 一般在 1 %左右。 可
见 ,叶片数 的变 化对 轴 流泵效 率 影 响不 大 。该结 论 与文 献 [] 2 中的实 验结 果相 符 。 2 轴流 泵 的叶 片 数从 3片 变 化 到 8片 的过 程 )
以预 测泵 的扬 程 。进 口的总能量 以进 口处 的总压 表 示 ; 口处 的总能 量 以出 口处 的总压 出 表
宣 毒
示 。预 测 的扬 程 按下式 计算 :
:
P g
一
P g
+△
式 中 p 水 的密度 一
0 2 .1 0.1 3 0. 4 1 0 5 .1 0 6 l 0.1 7
化对 轴 流泵 性能 的影 响 。 由于只 改变 叶 片数 ,反映 的是 叶栅 稠 密度 I t / 的变化 ,故其 它参数 均保 持不 变 。为 了便 于 比较 , 算过 程 中 , 叶保持 不变 ( 计 导 导 叶为 7片 ) 。直 径 为 2 0mm, 速 n=15 / i, 0 转 40r mn
喷水推进轴流泵的自动建模与数值模拟
![喷水推进轴流泵的自动建模与数值模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/b1f4228cbceb19e8b8f6ba29.png)
a d te rfrn efrted sg n mpo e n f tr e xa o u sp o ie . n h eee c o h ein a d i rv me to e ta il w p mp i rvd d wa j l f
韩 小林 ,石 岩峰 ,郑 晶 晶
( 总装备 部 车船 装备 论 证试 验研 究所 , 苏 南京 2 0 2 ) 江 10 8
摘 要 : 作为喷水推 进器 的核心部件 , 轴流泵 具有 推进 效率高 、 空化 ( 蚀 ) 抗 汽 能力 强 、 噪声低 等优 点。为实
现 喷 水 推 进 轴 流 泵 的三 维模 型 自动 生 成 , F R R N为 编 程 语 言 , 成 了轴 流 泵 叶 轮 的 参 数 化 自动 建 模 。本 文 运 用 以 O TA 完 计 算 流 体 动 力 学 C D软 件 — — F u N F L E T基 于 雷 诺 Ⅳ 一s方 程 和 标 准 k— s紊 流 模 型 及 SMP E算 法对 该 泵 内 部 流 场 及 I L
p m p,he i e lro x a o p u t mp le fa ilf w ump wa d ld a tm ai al y u i g FORTRAN spr g a mi g ln l s mo e e u o tc ly b sn a o rm n a — g a e Th ri l s d t e c mp t to a u d d na is CFD ot r — UENT o si u ae t e i ne o ug. e a t e u e h o u a in lf i y m c c l s fwa e FL t t m lt h n rf w l i d a r r n e o h mp i h y o hre d me so ln me ia t o ih i a e n t e f l nd pe o ma c ft e pu n t e wa ft e — i n ina u rc lm eh d wh c s b s d o h e f me n Na i rS o s e u t n t tnd r k 一 a ve — tke q a i s,he sa a d o t b ln e ur u e c mo e n I PL a g rt m . n fo d 1a d S M E lo ih a d r m t e h
大型轴流泵空化特性的数值模拟
![大型轴流泵空化特性的数值模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/77584336dc36a32d7375a417866fb84ae45cc3ae.png)
大型轴流泵空化特性的数值模拟燕浩;刘梅清;梁兴;林鹏;吴远为【摘要】为了研究大型立式轴流泵内部的空化特性问题,选取幸福泵站中叶轮直径为2.80 m的机组作为研究对象,分别进行了试验研究和数值模拟,计算结果与试验结果相吻合,验证了数值模拟的准确性,得到该泵的汽蚀余量为4.86 m,临界空化压力为48.50 kPa.模拟结果表明:在泵的进口压力从47.00 kPa下降到42.00 kPa的过程中,空化持续长度从0.24迅速变化到1,空化迅速扩散至整个叶片;当流量大于设计值时,空化只发生在工作面靠近叶片进口边处,而当流量小于设计工况时,空化主要发生在叶片吸力面,且当液流角β'1小于翼型最大厚度处斜率所对应的角度α时,叶片吸力面形成1个空化区域,当β'1大于α时,叶片吸力面将会形成2个空化区域;当大型轴流泵发生空化时,增大进口压力至临界空化压力以上可以有效消除内部空化现象;通过调整运行流量至设计流量附近,可以有效减弱泵内部的空化程度.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)011【总页数】7页(P44-50)【关键词】轴流泵;空化;数值模拟【作者】燕浩;刘梅清;梁兴;林鹏;吴远为【作者单位】武汉大学动力与机械学院,430072,武汉;武汉大学动力与机械学院,430072,武汉;武汉大学动力与机械学院,430072,武汉;武汉大学动力与机械学院,430072,武汉;武汉大学动力与机械学院,430072,武汉【正文语种】中文【中图分类】TH311大型轴流泵是一种大流量、低扬程、高比转速泵型,是水利工程的重要组成部分,特别是城市排水泵站,除排放雨水外,还承担着城市生活污水、生产废水的排放任务,其安全稳定运行对国民经济可持续发展具有重要作用。
机组内的空化是影响泵站稳定与安全运行的关键因素,空化会对过流部件产生破坏,引起泵内流态发生改变,而流态改变又会加剧空化发展,甚至使机组无法正常工作,因此,对其内部的空化特性进行研究具有重要意义。
轴流泵内部流动数值模拟研究
![轴流泵内部流动数值模拟研究](https://img.taocdn.com/s3/m/d889853c26284b73f242336c1eb91a37f11132b3.png)
轴流泵内部流动数值模拟研究轴流泵是一种常见的离心泵,广泛应用于工业、农业、建筑和航空航天等领域。
由于其流量大、功率因数高、压力稳定等优点,它被广泛应用于水处理、输油输气、船舶运输等行业。
在轴流泵的工作过程中,内部流动状态的分析对设计者具有重要意义。
数值模拟技术是现代流体力学的重要方法之一,可以帮助设计师分析轴流泵内部流动状态。
一、轴流泵的原理轴流泵是一种离心泵,通过离心力将液体进行压缩和流动。
轴流泵的主要组成部分包括叶轮、泵体、轴、轴承和密封装置。
液体通过进口进入泵体,由叶轮通过旋转产生离心力,压缩了液体并将其排出。
叶轮的设计和数量决定了轴流泵的流量和压力。
轴流泵的特点是流量大、功率因数高、压力稳定等。
二、轴流泵内部流动数值模拟方法轴流泵内部流动是非常复杂的,它包括旋转部件的旋转流动和静止部件的边界层流动。
数值模拟是分析轴流泵内部流动状态的重要方法之一,可以帮助设计师更好地了解流动情况。
数值模拟的具体步骤包括几何建模、网格划分、求解和后处理。
1.几何建模建立轴流泵几何模型是进行数值模拟的第一步。
通过CAD软件,可以将轴流泵的几何特征绘制出来。
在建立几何模型时,需要注意以下几点:(1)将轴流泵的各部分分开建模,使得每个部分的网格数量尽量相等。
(2)注意轴流泵的各个部分的位置和尺寸关系,以保证几何模型的准确性。
(3)将几何模型导出为STL格式,以便进行网格划分。
2.网格划分网格划分是进行数值模拟的重要步骤。
在轴流泵的数值模拟中,网格划分的目的是将流动域分成有限数量的网格。
网格划分的精度和密度对数值模拟的精度和效率有很大的影响。
常用的网格划分方法有结构化网格划分和非结构化网格划分。
在轴流泵内部流动的数值模拟中,结构化网格划分常用于叶轮和导叶,而非结构化网格划分常用于轴和泵体。
3.求解求解是数值模拟的核心环节。
通过计算流体的质量、动量和能量方程,可以模拟轴流泵内部流动的状态。
常用的计算方法包括有限体积法、有限元法、边界元法等。
大型斜式轴流泵装置的数值模拟与优化
![大型斜式轴流泵装置的数值模拟与优化](https://img.taocdn.com/s3/m/0653a73f67ec102de2bd891f.png)
得 很厉 害。 由于泵轴倾角越小 ,流道弯曲得越厉 害,这可
能 导 致 水 流 流 道 流 态 不 好 ,产 生 二 次 回 流 等 不 良 影 响 ; 而
且 斜式轴流泵 一般用 于低扬程工 况的泵站 ,而 出水流道 的 水力损 失在泵 站总扬程 所 占的比例 必然特 别大 。另 外,如
中国 电力教 育
2 1 年 管理 论 丛 与技 术研 究专刊 O o
大型斜 式轴 流泵装置 的数值模拟 与优化
林
摘
斌
430) 4 0 2
( 葛洲坝集 团第六工程有限责任公司 ,湖北 宜 昌
要 : 于三维不可压流 体的雷诺 时均 N— 基 S方程和 raia l 1一£湍 流模型 ,采用 SMP EC算法 ,对广东某 el be ( z I L
N- S方 程 :
果斜轴泵 的 出水 流道 设计 不当 ,必然 会大大降低泵 站 的装
置效率。 数 值 模 拟 ,它 以 电 子 计 算 机 为 手 段 ,通 过 数 值 计 算 和
k方 程 :
鲁 摹 吉+Il ~ tj 考 aO u } —
鲁 ~ +[ j 篝 吉 寿u ㈥ 詈 誊
近 年来 ,为满足 防洪 、排 涝、灌溉 等要求 ,我国经济 化 了原始方 案 ,比较 了优化 前后 模型泵 站的运行 流态 ,结 发达 的沿海 地 区兴建 的泵 站越 来越 多。在沿 海地 区建 站 , 果表明 ,该方案有效可行 ,可供借鉴 。
一
般扬程较低 , 设计扬程在 2 4 — m之 间, 多数选用斜式泵站。
力 优化 设计 是斜 式轴流 泵装 置结 构优化 设计 的重 要部 分 , 但 目前运用数值模 拟对流道 的水力优化设计尚缺乏经验 。
水泵的汽蚀余量
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离心泵的吸水性能通常是用允许吸上真空高度来衡量的。
Hs值越大,说明水泵的吸水性能越好,或者说,抗汽蚀性能越好。
但是,对于轴流泵、大型混流泵和热水锅炉给水泵等,其安装高度通常是负值,叶轮常须安在最低水面下,对于这类泵通常采用“汽蚀余量”来衡量它们的吸水性能。
1.水泵的汽蚀余量水泵汽蚀余量是指在水泵进口断面,单位质量的液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富余能量相应的水头,用Δh表示。
如图5一1所示,列出吸水面0-0至泵进口1-1断面的能量相应的水头方程,忽略吸水池的行进流速,得式(5-14)即为水泵汽蚀余量的计算表达式。
从该式可以看出,水泵进口的汽蚀余量的大小与吸水池表面压力pa、被抽液体的饱和蒸汽压力Pva、水泵的安装声度Hss以及吸水管路系统的阻力损失∑hs有关。
从式(5. 14)可以看出,在Hss及吸水管路系统保持不变的情况下,Δha随水泵安装地点海拔高程和被吸液体温度的升高以及流量Q的增加而减小,水泵发生汽蚀的可能性增大;在pa、Pva及Q保持不变的情况下,Δha与水泵的安装高度Hss和吸水管路系统密切相关,Hss越大,即水泵安装得越高,△ha越小,水泵发生汽蚀的可能性也就越大,吸水管路系统的阻力损失系数越大,将引起阻力损失的增大,从而也使Δha减小。
2.临界水泵汽蚀余量在工程实际中,常常会遇到下面的情况:在某一装置中运行的水泵发生汽浊,但在装置条件完全相同的使用条件下更换另一型号的泵,就不发生汽蚀。
这说明泵在运行中是否发生汽蚀与水泵本身的汽蚀性能有关,水泵本身的汽蚀性目通常用临界汽蚀余量Δh来描述。
临界汽蚀余量是仅表示水泵本身汽蚀性能而与水泵装置的吸八条件无关的参数。
它是指叶轮内压力最低点^点的压力刚好等于所输送永流水温下的饱和蒸气压力时的汽蚀余量,其实质是水泵进口处的水在流到叶轮内压力最低点,压力下降为饱和蒸气压力时的能量损失相应的水头损失。
如图5-1所示,列水泵进口1-1断面到叶轮叶片进口前o-0断面水流几何意义的能量方程式(5一19)表示水泵进口断面的总能量与々点压头之间的差值被用来维持液流从泵进口到叶轮进口运动所必需的动能和克服流动过程中的水力损失。
轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析
![轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析](https://img.taocdn.com/s3/m/ff70f5207375a417866f8f56.png)
t h e c a v i t a t i o n s p r o c e s s i n i mp e l l e r w a s a n ly a z e d b a s e d o n h o mo g e n e o u s mo d e l ,RNG k - e t u r b u l e n t mo d e l a n d S I MP L E C lg a o i r t h m f r o m t h e e x t e r n l a c h a r a c t e is r t i c s a n d i n t e na r l l f o w i f e l d .T h e c o  ̄ e s p o n d e n c e b e t we e n t h e v a c u o l e s d i s t i r b u t i o n a n d h e a d d mp o f xi a a l p u mp u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f d i f e r e n t N PS H v lu a e s wa s d i s c u s s e d, a n d t h e v e l o c i t y nd a p r e s s u r e i f e l d i n t h e i mp e l l e r u n d e r d i f e r e n t c a v i t a t i o n s we r e a n ly a s e d t o i f n d t h e c a v i t a t i o n d a ma g e p o s i t i o n o f a x i l a l f o w p u mp i mp e l l e r .Nu me r i c l a s i mu l a t i o n r e s u l t s
轴流泵叶轮端壁区流动特性数值模拟
![轴流泵叶轮端壁区流动特性数值模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/05664c6600f69e3143323968011ca300a6c3f628.png)
轴流泵叶轮端壁区流动特性数值模拟张德胜;施卫东;张华;李通通;张光建【摘要】The flow in end wall region of axial-flow impeller has an important impact on flow structure, energy transfer and hydraulic efficiency. The hydraulic axial-flow pump models with different tip clearance sizes were simulated based on CFD technology and high-quality structured grid. The influence of tip clearance on the meridional velocity and circulation distributions in impeller inlet and outlet were discussed, and the leakage vortex generation mechanism and its structure were analyzed as well. The numerical results were compared with high-speed photography experimental results. The investigation results showed that tip clearance led to non-uniform meridional velocity distribution in impeller inlet and secondary flow in end wall region occurred, meridional velocity near tip clearance in impeller outlet decreased, and the bigger the gap was, the bigger decline of meridional velocity would be. The secondary recirculation near the wheel led to circulation of impeller inlet, when the gap increased to 2 mm, about 50% of the whole flow passage appeared circulation which impacted by the tip leakage vortex. The trajectory and structure of tip leakage vortex in the numerical simulation showed agreement with the experimental results. Under the small flow rate conditions, the leakage vortex strength and the influence regional scale were increased.%轴流泵端壁区流动对流场结构、能量传输、水力效率等有着重要的影响.基于CFD技术和高质量结构化网格,对不同叶顶间隙的轴流泵方案进行了全流场数值模拟,探讨了叶顶间隙对端壁区轴面速度、环量等流动参数的影响规律,分析了叶顶泄漏涡的产生机理及其结构,并与高速摄影试验进行了对比.研究结果表明,端壁区叶顶间隙导致进口轴面速度非均匀分布和轮缘侧二次回流;叶轮出口的端壁间隙区轴面流动减弱,且叶顶间隙越大,轴面速度下降幅度越大;叶顶间隙附近的二次回流区使叶轮进口产生环量,当叶顶间隙增大至2 mm时,约50%的流动区域受到间隙的影响而产生预旋;端壁区叶顶泄漏涡的数值模拟运动轨迹及结构与试验一致,在小流量工况下,泄漏涡强度增强,且干扰流场范围扩大.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】轴流泵;叶顶泄漏涡;轴面速度;环量;数值模拟【作者】张德胜;施卫东;张华;李通通;张光建【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TH311引言轴流泵叶轮和端壁间存在间隙,虽然叶顶间隙的几何尺寸很小,但对叶片流道近20%的区域产生干扰。
变频测量轴流泵汽蚀性能的方法
![变频测量轴流泵汽蚀性能的方法](https://img.taocdn.com/s3/m/079730df988fcc22bcd126fff705cc1755275fbb.png)
算点,同时测量对应的进出口压力 P1、P2。每次都计算出对应实 际扬程,计算出的扬程与所选基础点进行差值比对,当扬程下 降 3% 点即为汽蚀点,发生汽蚀后在继续两次提升 0.5 Hz 频率。 此时会发现泵在提升同样频率时,性能成直线下降的趋势。
QM = ( nM )( D2M )3
Q
n D2
(2)
额定
变频
564
3.16
序号
压力计读数
进压/kPaG
出压/kPaG
温度及汽化压力 试验流量/(m3/h) 试验转速/(r/min)
规定转速下的性能
流量/(m3/h)
扬程/m
大气压力/kPa 101
温度/℃ 25.00
汽蚀余量/m
1
10.5
95.77
3 505.00
749.00
6 925.77
34.0
46.12
通过调节出口阀大小使流量达到换算额定点,进出口压力
都是通过引压管接到同一水平面通过压力变送器读取,故 Z2Z1=0 出口测压与进口测压高度差为 0 m;测量读取并记录此时 进出口压力 P1=10.5 kPa、P2=95.77 kPa;由轴流泵进出口管径一 样,故进出口速度 V2=V1。则实际额定点扬程:
变频测量轴流泵汽蚀性能的方法
吴炜鹏(中国石化安庆石化分公司 项目部,安徽 安庆 246000)
摘要:为满足准确测量轴流泵汽蚀性能采用了一种新型方法,在干坑内使用实验主电机采用变频装置启动。通过调节电机不同工
作频率,测量不同频率下的泵实际运行转速,将额定点流量换算到对应变频转速下的流量。通过调节出口阀的开度大小,使流量达
Pa + Ps + vs2 - Pv ρg ρg 2g ρg
轴流泵全流道数值模拟前处理过程分析
![轴流泵全流道数值模拟前处理过程分析](https://img.taocdn.com/s3/m/69769a3f5a8102d276a22f19.png)
轴流泵全流道数值模拟前处理过程分析施高萍(浙江水利水电专科学校,浙江杭州310018)摘要:根据轴流泵叶轮叶片和导叶体叶片的木模图,利用P ro/en g in ee ring软件的三维造型功能,采用由点到线、线到面、面再到体的方法对轴流泵叶片进行三维造型,进而完成轴流泵全流道的造型.采用C FD前处理器G am b it软件对全流道进行了网格划分,并在前处理软件中进行了边界条件的划定,从而完成了轴流泵内部湍流场数值模拟的前处理过程,为后期的C FD计算和性能预测提供了条件.关键词:轴流泵;叶轮;导叶体中图分类号:TV547文献标志码:A 文章编号:1008-536X(2010)03-0038-04Analys i s on Nu m eri ca l S i m u l ati on P re-process i ng of Ax i a l-fl ow Pu m pSH I G a o-p in g(Zhe jian g W a ter C on se rv an cy and H yd rop ow e r C o lleg e,ha ng zhou310018,C h ina)Ab s tra c t:B a sed on th e w ooden pa t tern s o f th e ax ia l-flowpum p,a m e thod w a s p ropos edto es ta b lishth e3D m ode lin g o f b la des,by m ea n s o f P ro/E ng in eer ing so ftw a re to d rawlines fromp oin ts,fa ces fromlin es and bod ies fromfa ce s.T he hy d ra u lics p ro fes s ion a l p re-p roce ss ing so ftw a re G am b it is u sed to ca rry on the g r id d iv is ion,w ith b oun da ry cond itions es ta b lished.T he com p le t ion o f the num e rica l s i m u la t ion p re-p roces s in g o f a x ia l flowfie ld m ak es the found a t ion o f the fu tu re C FD ca lcu la t ion and cap ab ility fo reca s t. K e y w ord s:a x ia l-flow p um p;i m pe ller;g u ide v a ne0引言轴流泵由于扬程低、流量大,在浙江省大中型泵站中被广泛使用.按单座泵站统计,浙江省5座大型泵站,45座中型泵站中,轴流泵数量占水泵总数的2/3左右,以立式半调节为主,型号为ZLB,出水口直径主要为700m m、900m m[1].2009年浙江省启动了大中型泵站更新改造工作,故对轴流泵内部流动的分析与研究就显得尤为重要.轴流泵内部的真实流动非常复杂,在绝大多数情况下,它是三维非定常湍流,常伴有分离、二次流、汽蚀和叶尖泄露等流动现象.由于实验装置和设备的限制,利用传统的实验方法不能很好掌握轴流泵内部的流动的真实情况.近年来,随着计算机收稿日期:2010-07-01基金项目:2009年度浙江省水利厅科研基金资助项目(RB0919);2010年度浙江省水利厅科研基金资助项目(R C1022, RC1024);2010年度浙江水利水电专科学校科研基金资助项目(XKY -201010)作者简介:施高萍(1978-),女,浙江缙云人,硕士,讲师.主要从事CAD/CAM/C AE及工程力学方面的教学与研究.技术的发展,使用C om pu ta tiona l F lu id D yn am ics(C FD)技术成为分析轴流泵内部流动的一种有效手段.为明确轴流泵内部湍流场分布情况,需要对轴流泵进行数值模拟,数值模拟过程及所需要采用的软件见图1[2-3].本文主要阐述在数值计算之前所需要做的工作,即全流道的三维造型及网格划分两部分内容.图1数值模拟过程1轴流泵全流道三维造型三维实体模型是水力设计和轴流泵C FD之间的桥梁,一方面体现水力设计的结果,另一方面也是C FD研究的基础.轴流泵叶片表面一般是扭曲的,叶片的形状几乎决定了整个轴流泵的水力性第22卷第3期浙江水利水电专科学校学报V o l.22N o.3 2010年9月J.Zh e jia ng W a t.C on s&H yd r.C o lleg e S ep.2010能.因此,三维实体造型必须严格依据水力设计的结果得到,尤其是叶片造型,否则的话,数值模拟得到的结果就很难具有说服力.本文所研究的轴流泵模型是900ZLB-85,该轴流泵的基本参数为:叶轮直径:850m m,叶片数:4片,导叶数:7片.泵的设计点流量Q=2m3/s,扬程H=5.4m,转速n=485r/m in.1.1叶轮的三维造型1.1.1叶轮轮毂体造型叶轮轮毂体一般是轴对称的回转体,从特征造型的角度来看,属于隆起特征中的旋转特征.旋转特征是由特征截面绕截面旋转中心线旋转一定的角度而生成的一类特征.该部分建模的关键是特征截面绘制.为保证造型的准确性,绘制截面时由A u-toCAD直接导入.1.1.2叶轮叶片造型叶片造型是轴流泵叶轮造型的难点.一方面它是轴流泵的核心,与泵的扬程、流量、抗汽蚀系数和特性曲线的形状等有着重要关系;另一方面,其形状复杂,难以进行三维精确描述,给设计结果的分析造成了障碍[4].图2(a)为叶片正面投影图,(b)为叶片翼型图.为了获得叶片的三维实体造型,需要将这些翼型图还原为三维空间曲线,再根据这些空间曲线混成得到叶片的正背面,同时生成叶片和轮毂的交界面、叶片的轮缘面,最后由叶片的各个表面围成叶片实体.(1)创建空间曲线:由图2(a)可得到叶片各个截面的R坐标和the ta坐标,由图2(b)得到叶片V 截面工作面和背面的Z坐标,其他截面类似,明确坐标点后,建立坐标点文件.V截面叶片工作面的点文件为在背面的点文件的Z坐标上增加其厚度即可.其它截面都可如V截面一样做出背面上的点和工作面上的点.这样当所有截面都完成后,可由点连成线,形成空间曲线,见图3(a).(2)创建叶片工作面和背面:P ro/E中利用“融合”命令,按照从轮毂到轮缘或者完全相反的次序依次选择特征曲线,生成叶片的工作面和背面,见图3(b).(3)创建轮毂面和轮缘面:上述创建的特征曲线所在的柱面的半径大小都介于轮毂半径R153和轮缘半径SR425之间,所得到的叶片是不完整的.图2轴流泵叶轮叶片图图3叶轮叶片建模过程第3期施高萍:轴流泵全流道数值模拟前处理过程分析39利用面的延伸,使叶片的正背面延展,分别得到轮毂面和轮缘面,见图3(c).(4)得到叶片实体:将叶片正面、背面、轮缘面和轮毂面进行合并,并实体化,得到叶片实体模型见图4.1.2 导叶体三维造型导叶体叶片的三维造型过程跟叶轮叶片的三维造型过程一样,叶轮和导叶的造型结果见图4.图4 叶轮和导叶的造型结果在P ro/E 中采用组件装配环境,利用元件间的切减命令进行流道的三维造型,其造型结果见图5.图5 900ZL B -85三维造型结果2 G am b it 网格处理在进行数值模拟前,须进行前处理,即网格划分、网格检查,和边界定义,在GAM B IT 软件中可完成这部分工作.2.1 网格划分为了使计算结果更精确,对整个流道进行了模拟,其全流道的网格划分结果和计算区域结果见图6.由于在全流道内既有旋转流场,又有非旋转流场,所以把计算体分为进口区、叶轮区和导叶区三个区域,分别将模型轴流泵进口区、叶轮区和导叶区网格导入G am b it 软件,处理后导入F luen t 软件进行计算,两个计算体之间的耦合采用滑移网格方法,进口区与叶轮区、叶轮区和导叶区都分别用平面混合(m ix ing p la ne)来模拟它们之间的干涉.平面混合是将每一个流动区域都按照稳态问题来解决,在一次迭代间隔里,在交界面上的流动数据会被沿周向平均.F LU E N T 使用周向平均来定义大致的流动特性,通过平面混合,周向平均值在各流动体之间相互传递.鉴于叶片表面和导叶表面为不规则的空间曲面结构,因此采用非结构网格,在计算体体内采用四面体网格,壁面上采用三角形网格.图6 网格划分2.2 边界条件设定边界条件的设置主要给定进口、出口、壁面及交界面等边界条件,设置见图6,其中1设置为进口,2设置为叶轮外流道壁面,3设置为叶轮叶片,4设置为导叶叶片,5设置为导叶体壁面,6设置为导叶体外壁面及出口壁面,7设置为出口.通过以上设置,经过F LU E N T 软件计算分析,全流道运动轨迹见图7,计算结果表明模型建立是正确的.3 结 语(1)进行了全流道的三维造型.包括叶轮叶片,导叶叶片,以及由叶轮和导叶构成的流道的三维全流道的三维造型;(2)进行了全流道的网格划分和边界条件的设40浙江水利水电专科学校学报第22卷图7全流道运动轨迹图置.进口采用速度进口,出口为压力出口,导叶体和叶轮为旋转部件,在设置过程中采用动坐标系,进口与出口段采用静坐标系;(3)为数值模拟奠定了基础.通过以上设置,成功导出的m sh文件可以进行数值模拟.参考文献:[1]施高萍,王莺,崔梁萍.轴流泵在浙江省大中型泵站中的应用及改造建议[J].浙江水利水电专科学校学报,2009,21(4):19 -21.[2]陆广林,伍杰,陈阿萍,等.立式轴流泵装置的三维湍流流动数值模拟[J].排灌机械,2007,25(1):29-32.[3]杨军虎,张炜,王春龙,等.潜水轴流泵全流道三维湍流数值模拟及性能预估[J].排灌机械,2006,24(4):5-9.[4]陈田,殷国甯,舒斌,等.基于三维特征建模的叶片泵C AD系统研制[J].计算机集成制造系统———C I M S,2001,7(2):59-64.中国古代著名水利工程(一)工程名称:芍陂修建年代:公元前598一前591年所在地点:安徽省寿县主持人:孙叔敖备注:又称龙泉之陂、勺陂工程名称:邗沟修建年代:公元前486年所在地点:江苏省淮阴至扬州主持人:夫差备注:又称山阳渎、淮扬运河、里运河,元代以后成为京杭运河的一段工程名称:京杭运河修建年代:公元前486年,春秋时鲁襄公9年所在地点:北京市至浙江省杭州市主持人:扬广等备注:历史上屡经扩建、改建,以隋唐两朝最盛,故有隋唐大运河之称工程名称:智伯渠修建年代:公元前453年所在地点:山西省太原市主持人:智伯工程名称:引漳十二渠修建年代:公元前425年所在地点:河北省临漳县至河南省安阳市主持人:西门豹备注:中国北方最早的引水灌溉大型渠系工程工程名称:鸿沟修建年代:公元前361年所在地点:河南省开封至安徽省沈丘主持人:魏惠王备注:古代最早沟通黄河和淮河的人工运河工程名称:都江堰修建年代:公元前256年,秦昭襄王51年所在地点:四川省灌县主持人:李冰工程名称:郑白渠修建年代:公元前246一前95年所在地点:陕西省境内主持人:郑国、白公备注:公元前246年始修郑国渠,公元前95年白公又修白公渠,两渠合称郑白渠(下转第88页)第3期施高萍:轴流泵全流道数值模拟前处理过程分析41。
潜水轴流泵内部磨损和汽蚀的数值模拟及工程应用的开题报告
![潜水轴流泵内部磨损和汽蚀的数值模拟及工程应用的开题报告](https://img.taocdn.com/s3/m/82c8b5fefc0a79563c1ec5da50e2524de518d001.png)
潜水轴流泵内部磨损和汽蚀的数值模拟及工程应用的开题报告一、选题背景潜水轴流泵是一种常用于水利、农业灌溉、城市供水、水力发电等领域的水泵,具有体积小、重量轻、节能高等优点。
然而,长期使用和错误的操作会导致潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的出现,严重影响泵的使用寿命和工作效率。
因此,如何减少潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的发生,提高泵的可靠性和工作效率成为了工程领域中亟待解决的问题。
二、研究目的和意义本项目旨在通过数值模拟,研究潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的发生机理,探究减少磨损和汽蚀的方法,并对模拟结果进行工程应用。
该研究可为潜水轴流泵的生产和使用提供科学依据和技术支持,具有重要的实际应用价值。
三、研究内容1. 潜水轴流泵工作原理及磨损、汽蚀机理研究2. 建立潜水轴流泵的数值模型,分析潜水轴流泵内部流动和压力分布情况3. 模拟潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的发生机理,分析其原因和影响因素4. 探究减少潜水轴流泵磨损和汽蚀的方法,并进行数值模拟验证5. 对模拟结果进行工程应用,提出潜水轴流泵使用和维护建议四、拟采用的研究方法本项目将采用数值模拟方法,建立潜水轴流泵的三维数值模型和计算流体力学模型,通过计算分析泵内部流场和压力分布情况,探究泵内磨损和汽蚀现象的发生机理。
同时,本项目还将通过数值模拟的方法验证减少磨损和汽蚀的方法,在模拟结果的基础上提出潜水轴流泵使用和维护建议。
五、论文结构安排本项目的论文结构主要包括以下几个部分:1.绪论:介绍项目的研究背景、目的和意义2.文献综述:对潜水轴流泵内部磨损和汽蚀的发生机理和减少方法进行综述3.数值模型建立和流场分析:建立潜水轴流泵的数值模型和计算流体力学模型,分析泵内部的流场和压力分布情况4.磨损及汽蚀数值模拟研究:通过数值模拟研究潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的发生机理和影响因素5.减少磨损及汽蚀的方法研究:探究减少潜水轴流泵磨损和汽蚀的方法,并进行数值模拟验证6.结果分析:对模拟结果进行结果分析和工程应用7.结论与展望:总结项目研究成果,提出未来研究方向及重点六、预期成果通过本项目的研究,预计可以获得以下成果:1.详细分析潜水轴流泵内部流动及压力分布情况2.深入研究潜水轴流泵内部磨损和汽蚀现象的发生机理和影响因素3.探究减少磨损及汽蚀的方法,并进行数值模拟验证4.提出潜水轴流泵使用和维护建议5.研究成果可以为潜水轴流泵的使用和维护提供科学依据和技术支持,具有重要的实际应用价值。
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Absr c :Usn ta t i g ANS YS CFX1 0,t i a r c n ucs f l h e — i nso a u rc l smu ain f 1. h s p pe o d t u lt r e dme in l n me a i lto s o i t e c v tto h vo fa x a u t u b l n e mo e fsa da d k e,h mo e e u hi h s h a iain be a iro n a i p mp wi t r u e c d lo tn r - l h o g n o s mu p a e mo e ,a d Zwa tGe b rBe a ic v tto d 1 dl n r- r e - lmr a iai n mo e .Th e d p ro ma c so a i to fa xa ump e h a e fr n e fc v t in o n a ilp a
d i 1 .9 9 ji n 10 -8 12 1 .5 0 5 o: 0 36 /.s .072 6 .0 10 . 1 s
轴 流 泵 模 型 汽 蚀 特 性 的 数 值 模 拟
余运超 , 张 伟 , 陈红 勋
( 上海大学 上海市应用数学和力学研究所 , 上海 2 0 7 ) 00 2
见, 空化 现象 是工 程科 学 中的一 个重 要论 题 H . 水 在 力机 械 中将空 化现 象称 为汽蚀 . 在大 多数 情 况 下 , 汽
蚀 的发生 会 降低 水 力 系统 的水 力 性 能 , 系 统 产 生 使
的困扰 , 使模型试验的结果换算到实型结果 的可靠
性 出现 问题 , 因此 , 轴流 泵汽蚀 性 能进行 数 值 模 对 拟 具有 重要 的积 极意 义. 目前 , 水 力 机械 内部 空 化流 动 的数 值 模 拟 已 对
空 化是液 体在 进入 某一 低压 区时 突然 发 生 的空 泡 现象 , 这种 现 象 在水 力 机 械 及 水 利 设 施 中十 分 常
原 型 和模 型之 间 通过 泵 汽 蚀 相 似 律 进 行 转 换 . 对 而
于汽蚀 性 能具有 重要 影 响 的叶 片 厚 度 而 言 , 寸 不 尺 同的泵 就难 以做 到 相似 J 由于模 型试 验 尺 寸 效 应 .
第l 7卷 第 5期
21 0 1年 l O月
上海戈
报 ( 自然 科 学 版)
Vo.1 1 7 No. 5 Oe. 201 t l
J U N FS AN H N V R IY( A UR CE C O R ALO H G AI I E ST N T ALS IN E U
a e o ti e . S mu ae e o ma c f t e a i u g e s wi h a u e a a L c t n f r b an d i l td p r r n e o h xa p mp a r e t t e me s r d d t . o ai o f l h o c v tt n a d e ou in o a i n t e a ilp mp a d t e rl t n b t e n te c v tt n b h vo n a i i n v l t fc vt i h a u n h ea i e w e h a i i e a i ra d a o o y x o ao
摘要 :利用 A S SC X1 . N Y F 10软件 , 用标 准 k8湍流模 式封 闭雷诺 应力 项 , 采 - 使用 匀相 多相 流模 型和 Z at ebr w r G re— —
B lm i e r空化模型对轴流泵模 型 的汽 蚀特 性进 行三 维定 常数 值模 拟 , a 计算 得 到 的流量 一 必需 汽蚀 余 量 ( e p si nt oiv te sc o e dN S 曲线与试验结果趋势一致 . u t nh a , P H ) i 另外 , 析了工况和 N S 分 P H对轴流泵 汽蚀特e , CHEN n — u Yu c o, W i Ho g x n
( hn hintu f pl dMa e t sadMehn s hnh i nvrt,Sag a 20 7 C i ) S aga Istt o pi t ma c n c ai ,Sa ga U i sy hnh i 0 02, hn ie A e h i c ei a
p ro a c fa i ump u d rt e di e e to e a in l n l z d。 e r n e o xa p fm l n e h f r n p r t s a e a ay e o Ke r s:a i lp y wo d xa ump;c v tto a iain;mu t a e fo li s w;n ph l ume ia i lto rc lsmu ain
影 响.
关键 词 : 轴流泵 ; 汽蚀 ; 多相流 ; 数值模 拟
中图分类号 : 5 O3 7 文献标 志码 : A 文章编 号 : 0 72 6 (0 10 - 5 -4 10 -8 1 2 1 ) 50 30 6
Nu e ia i lto fCa i t n Be a i r o i l mp M o e m rc lS mu a in o v t i h v o fAx a a o Pu dl