离心泵边界层网格的实现及应用评价

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离心泵叶轮内的网格生成与计算流体力学分析

综上所述, 进行离心泵叶轮内三维紊流数值模拟能够精确地分析和详实地了解离心泵叶轮内部流动结构, 获得水流绕叶片流动的运动状态。有效地进行离心泵叶轮改型和优化设计, 从而提高离心泵的各项性能。用数值模拟方法研究叶轮内部流场必将改变传统的水力设
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计方法, 极大地缩短离心泵的开发周期, 显著地提高离心泵的设计质量。
本文采用 S IM PL EC 算法在建立压力- 速度代数校正方程时考虑了相邻节点的影响。实际计算时为保证
速度场和压力场的耦合并防止出现压力锯齿波现象, 采用了交错网格。离散时用二阶中心差分离散扩散项和源
项, 用混合差分离散对流项。用交替方向隐式法 (AD I) 求解离散后的线性方程组。
2. 3 边界条件 1) 进口条件在计算域的进口处, 给定各方向的
第 5 期
刘胜柱等: 离心泵叶轮内的网格生成与计算流体力学分析
5 5x
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通过对原型叶轮的 CFD 分析, 发现原型叶轮出口处工作面和吸力面中间的翼型厚度之间的出流角与其他范围出流角明显不同, 在该范围内容易产生撞击和水流的紊乱, 说明叶轮翼型出口厚度太大。在叶轮进水边翼型改型的基础上, 再进行叶轮翼型出口边修型。图 5

离心泵边界层网格的实现及应用评价

网格数网格 1 网格 2 网格 3 网格 4 854 589 1 173 912 1 404 222 1 646 519 扬程/m 33.56 33.71 33.78 33.79
注：无边界层网格离壁面最近的网格节点到壁面的距离（ d ）约为 1.5 mm，粗边界层网格中 d≈0.5 mm，细边界层网格中 d≈0.1 mm。
（江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江 212013）摘要：为了定量研究网格质量对离心泵数值模拟计算精度的影响，以结构化网格为例，从网格数量、近壁区网格加密和网格拓扑块生成方法 3 个方面系统研究了离心泵边界层网格的构建和应用评价过程。在网格数量无关性分析的基础上，生成了 3 套不同质量的边界层网格，并分别采用标准 k-ε模型、RNG k-ε模型、标准 k-ω 模型和 SST k-ω 模型模拟了比转速为 103 的单级单吸离心泵的内外特性。将数值模拟结果和试验结果对比，发现具有边界层网格的模拟结果与试验值更为吻合，设计工况下，粗边界层网格基于标准 k-ε 模型的扬程预测精度比无边界层网格的模拟结果提高了 1.19%。评估了边界层网格质量与湍流模型的关系，发现湍流模型的选择和边界层网格的质量密切相关，网格节点到壁面的最近距离 Y+在 200 左右基本能满足 k-ε湍流模型对近壁区网格质量要求，而选用 k-ω 模型时，至少保证 Y+≤100。关键词：离心泵，模型，数值分析，边界层网格，湍流模型，可靠性分析 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.20.009 中图分类号：TH311 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2012)-20-0067-06 李晓俊，袁寿其，潘中永，等. 离心泵边界层网格的实现及应用评价[J]. 农业工程学报，2012，28(20)： 67－72. Li Xiaojun, Yuan Shouqi, Pan Zhongyong, et al. Realization and application evaluation of near-wall mesh in centrifugal pumps[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(20): 67－72. (in Chinese with English abstract)

离心泵全流场分析教程(一)---Gambit网格划分与边界设置

离心泵全流场分析教程（一）---Gambit 网格划分与边界设置Gambit 是fluent 的一款前处理软件，可以生成Fluent 所需要的模型和网格文件。

Gambit 除了自身可以绘图之外，也可以导入各种通用格式的二维或三维图形，例如Iges、Parasolid、Step 等格式。

由于一般的三维绘图软件（UG、Pro/E、Catia、solidworks 等）功能都比较强大而且易用，所以建议先在三维软件里面做好曲面或实体，再转换成Gambit 可读入的格式，最后导入Gambit 进行网格划分。

本节教程就是基于以上思想进行的，使用的三维软件是Solidworks2010。

一、导入实体文件打开Gambit 如图（1），点击Run → 进入Gambit 界面（如图2） → 点击File → 点击Import → 选择要导入的文件的格式（图3） → 点击Brose或直接输入文件所在的地址（图4）→ 在Filter 下面输入文件存放的根目录（图5） → 点击Filter（图6） → 找到文件后点击Accept → 点击Accept → 导入的文件如图（7）→ 点击solver → 选择fluent5/6，如图（8）（1）m ue rxi aoC FD（2）（3）（4）m ue r xi a oC FD（5）（6）（7）（8）m ue r xi aoC FD二、曲面合并从导入文件可以看到实体有许多小面，而这些小面会影响到网格的划分，所以在网格划分之前要把那些小面合并到一起，还有一些狭长的面。

如图（9）（9）由于导入的实体是从装配图转化过来的，所以图形分了三部分，划分网格也要分三次进行，在划分网格是可以把不需要划分的部分隐藏起来，这样也有利于边界条件的设置。

隐藏实体的步骤如下：点击右下角的显示图标，会出现对话框如下对话框，如图（10）。

点击Volumes 后面的白框，白框变黄色，Volumes 前面的小框变红色。

基于动网格的离心泵内部流场数值模拟

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( 5) 3. 2 湍流模型 [ 5, 6]
采用标准 k #模型, 形式如下:
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( a) 0. 052s
( b) 0. 053s 图 9 叶片进口处压力云图随时间和叶片位置的变化
( c) 0. 054s
r ian fin ite vo lum e m e thod for the sim ulation of ro tary
4所示。不同的瞬时, 压力分布有所变化, 但是压力分布的大致规律相似, 即压力从进口到出口递增。
从图 3和图 4中还可看到, 叶片的压力面压力大于吸力面的压力, 压力面压力分布比较均匀, 而吸力面压力变化则比较大, 并且在进口附近出现较大的负压, 这是在叶轮进口处容易引起空化的主要原因。
图 1 离心泵计算区域初始网格
关键词: 离心泵; 数值模拟; 动网格
中图分类号: TQ051. 21
文献标识码: A
Num er ical Sim ulation of F low F ie ld In side of C en trifugal Pum p Based on Dynam icsM esh

工程流体力学中的边界层理论与应用

工程流体力学中的边界层理论与应用在工程流体力学中，边界层理论是一种重要的理论工具，用于研究流体与固体界面之间的相互作用过程。

边界层理论的应用范围广泛，涉及到多个工程领域，包括工程设计、流动控制、能源开发等。

边界层是流体靠近固体表面处的一层流动区域，其特点是速度梯度大、压力梯度小。

边界层理论的研究主要关注以下几个方面：1. 边界层的形成与发展：在流体运动中，边界层的形成是由于流体与固体表面间接触而发生的。

随着流体沿着固体表面流动，边界层逐渐发展，由初始边界层转变为稳定边界层。

边界层的形成与发展过程对于理解流体力学现象具有重要意义。

2. 边界层中的速度剖面特征：边界层中，流体速度与距离固体表面的距离之间存在一定的关系。

速度剖面特征可以通过边界层厚度、速度剖面形状等参数来描述。

深入研究边界层中速度剖面的特征，有助于预测流体力学现象，优化工程设计。

3. 边界层与摩擦阻力：在工程流体力学中，减小摩擦阻力是一个重要的目标。

边界层的理论研究可以揭示与摩擦阻力相关的机理，提供降低摩擦阻力的方法。

例如，在飞机设计中，通过改变机翼表面的纹理，可以改善边界层的流动特性，减小阻力。

4. 边界层的控制技术：边界层理论的研究还涉及到边界层的控制技术。

通过改变固体表面的形状或施加外部控制手段，可以调控边界层的发展，从而实现对流体运动的控制。

例如，在汽车设计中，通过改变车身形状和设计尾翼来控制边界层的发展，减小阻力，提高汽车的燃油经济性。

边界层理论在工程流体力学中的应用主要包括以下几个方面。

1. 工程设计：边界层理论可以用于优化工程设计，提高流体系统的性能。

例如，通过研究边界层的流动特性，可以确定合适的管道尺寸、形状和布局，以减小阻力、提高流量。

边界层理论还可以用于研究涡轮机械中叶轮叶片的设计，以减小流体与叶片间的阻力，提高能量转化效率。

2. 流动控制：边界层理论可以指导流动控制技术的设计与实施。

通过对边界层的控制，可以改变流体的速度剖面和流动阻力，实现对流动的精确控制。

工程流体力学中的边界层理论与应用分析

工程流体力学中的边界层理论与应用分析工程流体力学是研究流体在工程中的力学性质和运动规律的学科，对于工程流体力学的研究，边界层理论与应用分析是一个重要的方向。

边界层是指在流体与固体表面接触处形成的一层流体，其性质和流动规律与远离固体表面的自由流体存在差异。

边界层理论主要研究边界层内的速度剖面、压力分布等参数。

边界层可以分为无粘和粘性边界层，其中粘性边界层是指存在粘性阻力的情况。

边界层理论在工程流体力学中的应用非常广泛，下面将从不同的领域介绍边界层理论的应用分析。

在空气动力学领域中，边界层理论被广泛用于研究飞行器表面的阻力和升力。

通过分析边界层内的速度剖面和压力分布，可以确定表面阻力的大小和性质，从而设计出形状合理的飞行器，并进行飞行性能的预测和优化。

在船舶工程中，边界层理论可以用于研究船体表面的水动力性能。

由于船体往往是复杂的几何形状，通过边界层理论可以对船体表面的粘性阻力进行分析和计算，为减少阻力、提高速度和降低耗能提供指导。

在地下水力学中，边界层理论可以用于研究地下水的渗流过程。

地下水与地下土壤之间的边界层对渗流的速度分布和水力梯度有重要影响，通过边界层理论的分析，可以更好地理解和预测地下水的渗流行为，为地下水资源的管理和利用提供科学依据。

在石油工程领域中，边界层理论被应用于油井开采过程中的油水两相流动研究。

边界层理论可以用于分析油井壁面上的粘性阻力和表面张力对油水两相流动的影响，从而指导油井的生产优化和多相流模拟。

此外，边界层理论还可以应用于工程中的热传导和传热问题、湍流流动和紊流的研究、污染物输运和混合过程的分析等。

总之，边界层理论与应用分析在工程流体力学中起着重要的作用。

通过对边界层内的速度剖面、压力分布等参数的研究，可以更准确地描述流体在工程中的行为并进行性能分析。

边界层的研究和应用将为工程设计、优化和控制提供重要的理论依据和实践指导。

离心泵全流场分析教程(一)---Gambit网格划分与边界设置

离心泵全流场分析教程（一）---Gambit 网格划分与边界设置Gambit 是fluent 的一款前处理软件，可以生成Fluent 所需要的模型和网格文件。

Gambit 除了自身可以绘图之外，也可以导入各种通用格式的二维或三维图形，例如Iges、Parasolid、Step 等格式。

本节教程就是基于以上思想进行的，使用的三维软件是Solidworks2010。

隐藏实体的步骤如下：点击右下角的显示图标，会出现对话框如下对话框，如图（10）。

点击Volumes 后面的白框，白框变黄色，Volumes 前面的小框变红色。

离心泵的二维数值模拟分析

离心泵二维数值模拟分析题目：离心泵二维数值模拟分析院系：工学院姓名：吕远指导教师：学号：二〇一七年五月[摘要]泵是一种生产中常用的设备，其作用在于提高液态流体的全压。

作为一种常见但能耗大效率低的工具。

对泵的研究一直是一个热点问题。

随着计算机技术的快速发展，使用CFD软件对泵的内部流场进行分析已经成为一种成熟手段。

本文在ProE软件建模的基础上，使用CFD类软件对模型进行计算迭代，从而得出泵运行时的流场。

本文意在对泵在不同种工况调节特性下，对泵的运行进行性能模拟。

各种工况条件包括：不同流量条件下。

求解的主要目的为借助数值模拟内软件对实际化工程问题进行分析，为实际的工作提供一定的指导作用。

本文主要包括：（1）对模型网格的处理（2）边界参数的指定（3）对模拟结果的分析（4）对计算流体力学理论的简介[关键词]数值模拟离心泵计算流体力学 CFD软件网格目录：摘要第一章：流场分析的理论基础1.1流体动力学基本方程1.2离散格式1.3湍流流动数值模型第二章：离心泵内部流场的数值模拟2.1几何模型的网格划分2.2旋转涡轮及静止蜗壳的耦合模型2.3边界条件2.4计算结果分析第三章：不同工况对离心泵性能影响3.1泵的理论基础3.2不同工况条件下对离心泵的数值模拟3.3数值模拟结果分析总结第一章：离心泵内部流场分析的理论基础1.1流体动力学基本方程对于流体流动，用控制方程来描述，描述泵中流体为不可压缩流体，且将流场简化为二维；则描述流场的方程——1.1.1质量方程：表征质量守恒的方程()()++=0t u v x y ρρρ∂∂∂∂∂∂对于泵的内部条件而言，方程简化为：+=0u v x y ∂∂∂∂1.1.2动量方程：动量地理，动量变化率等于流体所受的合力()+div()=-0t yx xx x u p uu F x x y ττρρ-∂∂∂∂+++=∂∂∂∂()+div()=-0t xy yy y v p vu F x x y ττρρ-∂∂∂∂+++=∂∂∂∂（1）其中对于牛顿流体，切应力符合：=()xy yx u v y x ττμ∂∂=+∂∂（2a ）=2()xx u div u x τμλ-∂+∂（2b ）=2()yy v div u y τμλ-∂+∂（2c ）x y F F g ρ==-（2d ）2=-3λμ（2e ）将(2)代入（1）得到：()+div()=)t ()+div()=)t y u v u p u u div gradu S xv p vu div gradv S ρρμρρμ--∂∂-+∂∂∂∂-+∂∂（（式子中：u S 、v S 为广义源项u x xv y y S F s S F s =+=+对于一般性流体，x s y s 为小量，其表示公式如下：()()()()()()x x u v s divu x x y x xu v s divu x y y y y μμλμμλ--∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂在流体密度、粘度恒定的情况下，xs y s 为0;则最终应用在泵中流体的方程为：()()()()()()()()()()u v u uu uv u u p S t x y x x y y xv vu vv v v p S t x y x x y y y ρρρμμρρρμμ∂∂∂∂∂∂∂∂++=+-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂++=+-+∂∂∂∂∂∂∂∂1.1.3能量方程：表征能量变化等于能量向外传递的方程()+div(T)=div(gradT)+S t T p T k u c ρρ-∂∂在泵中由于研究的内容不涉及能量的传递，因此在模型计算中没有考虑能量方程。

多级离心泵内部流动分析及性能预测

多级离心泵内部流动分析及性能预测多级离心泵是一种广泛应用于工业领域的流体输送设备，其内部流动对其性能有着重要影响。

本文将介绍多级离心泵内部流动分析的方法，并说明如何利用分析结果预测泵的性能。

多级离心泵由多个轴向相连的离心泵级组成，每个离心泵级由两个主要部分组成：叶轮和蜗壳。

流体通过泵底部的吸入口进入叶轮，然后通过叶轮的旋转运动被强迫向外移动，并进入相邻的叶轮。

这种多级流动使得流体能够逐级增加压力和流速，从而实现流体输送。

在进行多级离心泵内部流动分析时，我们可以使用计算流体力学（CFD）方法。

CFD是运用数值方法对流体流动行为进行模拟和分析的一种方法。

通过将多级离心泵的几何形状和边界条件输入CFD软件，可以模拟泵内流体的运动和压力分布。

在分析多级离心泵的内部流动时，主要关注以下几个方面：流体速度分布、压力分布、流量分布和叶轮效率。

通过分析这些参数，可以评估泵的性能和流体输送能力。

根据流体速度分布可以确定流体在泵内的流线和涡旋情况。

流体速度分布直接影响泵的输送能力和效率。

较高的流速将提高泵的输送能力，但也会增加泵的能耗。

流体速度分布还可以帮助检测泵内可能存在的漩涡和涡流，这些可能会影响泵的性能和寿命。

压力分布可以用来评估泵的压力增益和压力损失。

泵将流体从低压区域输送到高压区域，压力分布可以显示泵内流体在各个级别的压力增益情况。

压力损失主要发生在流体通过各个叶轮和蜗壳的过程中，通过研究压力分布可以识别可能存在的压力损失点，并优化设计来减小压力损失。

流量分布则用于评估泵的输送能力和流体分布均匀性。

流量分布越均匀，泵的性能越稳定和可靠。

如果存在流量分布不均匀的情况，可能会导致某些叶轮受到过载或流量倒灌的问题，从而降低泵的效率和寿命。

叶轮效率是泵性能的关键指标之一。

叶轮效率是指通过计算输入功率和输出功率的比值来衡量泵的利用率。

叶轮效率可以通过分析流体力学参数和泵的负荷特性来预测和优化。

离心泵内部四面体网格的优化算法

ｏｆｔｅｔｐｓｏｆｅｅｔｂｄｙｓａｄｅｅｎｓｗａｒｐｓｄｔｒｕｈｔｅｎｍｅｉａａｃｌｔｎ．Ｗｉｈｎｏｈｙｅｆｄｉｒｎａｌｈｐｅｌｍｅｔｓｐｏｏｅｈｏｇｈｕｒｃｌｃｌｕａｉｆｏｔｔｅｃｉｅｉｎ，ｔｅｔｐｓ，ｄｓｒｂｕｉｎｎａｓｓｏｈａｌｈｐｄｅｅｅｔｎｃｎｒｆｇｌｐｍｐｓｗｅｅｈｒｔｒｏｈｙｅｉｔｉｔｓａｄｃｕｅｆｔｅｂｄｙｓａｅｌｍｎｓｉｅｔｉａｕｏｕｒ
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（．ｅｅｒｈＣｎｅｆＦｕｄＭａｈｎｒＥｇｅｒｇａｄＴｃｎｌｙＪａｇｕＵｉｒｉ，ｈｎｉｎ，Ｊｎｓ１０３ｈｎ；２Ｊａｇｕ１Ｒｓａｃｅｔｒｌｉｏｃｉｅｎｉｅｉｎｅｈｏｇ，ｉｓｎｅｓｙＺｅｊｇｉｇｕ２２１，Ｃｉａ．ｉｓｙｎｎｏｎｖｔａａｎＺｅｈａＰｍｐＣ．ｉ，ａｈｕＪｎｓ２５０，ｈｎ）ｈｎｕｕｏＬｄＴｉｏ，ｉｇｕ２５０Ｃｉａｚａ
明，优化后的网格质量趋近于０的整体质量也得到显著提高，同
该算法可以很好地应用在离心泵内部四面体网格的优化中．

GAMBIT划分泵网格教程

本教程以离心泵为例，详细地介绍了如何应用GAMBIT进行泵网格划分和质量检查。

本文中的离心泵实体采用Pro/E造型，并导出一个stp格式副本作为GAMBIT导入文件。

基本步骤：1、启动GAMBIT。

2、导入*.stp格式文件。

2、进行碎面合并操作以提高网格质量。

3、网格划分。

4、网格质量检查。

5、边界条件设置。

6、保存和导出文件。

1、启动GAMBIT。

双击GAMBIT快捷方式，弹出下列对话框，首先点击“Browse”设置GAMBIT 运行目录，以后你的相关文件都将会在这个目录里。

建议大家养成设置目录好习惯。

设置好目录好，点击“Run”就启动GAMBIT了。

GAMBIT启动后的界面如下图所示。

2、导入*.stp格式文件。

（1）选择File-import-STEP菜单，就会弹出导入stp文件对话框，建议大家最好把“Stand-aloneGeometry”选项下面的4个选项全部选中，让后点击“Browse”开始寻找stp文件（如果第一步设置了目录，这里就会自动进入相应的目录，非常方便）。

点击“Browse”后弹出的对话框如下如所示，在“File”中找到自己的文件，让后点击Accept”，再点击上图对话框的“Accept”就导入了stp文件。

导入过程中GAMBIT的菜单栏位置会显示红色进度条，显示导入进度，如下图所示。

导入后GAMBIT中就会显示相应的实体造型，刚导入后，GAMBIT显示的是曲线，右键点击上图中右下角的蓝圈所示按钮，然后左键可以选择显示方式，可以切换到实体显示，如下图所示。

（2)进行碎面合并操作以提高网格质量。

一般泵三维造型导入GAMBIT后都会产生很多小面，称之为碎面。

这些面如果不合并会对网格质量有非常大的影响。

当然也有一些泵造型导入后是基本没有碎面的，那这一步就可以省略了。

一般进行体操作时，如果叶轮和蜗壳都显示会很麻烦，也不容易看清楚每个体上的面。

这时点击上图右下角的蓝色按钮，弹出下面左面的对话框，进行隐藏或显示体设置。

离心泵ICEM网格划分

网格划分教程本例采用ICEM非结构化网格，非结构化网格具有适应性好，适用于复杂几何体的特点。

划分步骤：（1）单独划分叶轮，蜗壳，进口管，出口管的网格。

（2）合并划分好的网格，并输出Fluent网格文件（.mesh).一叶轮非结构化网格划分1导入几何文件导入保存好的几何文件（stp文件）。

导入几何体时，各选项均选择默认设置。

2显示几何体面，和实体显示点击模型树中Geometry，勾选下面的surface显示几何体面。

点击图中Solid Simple Display可以显示几何体实体。

3几何体拓扑结构处理对几何体进行拓扑结构，能够保存几何体的主要特征，去除不必要的几何特征和曲线。

4创建计算域（body）创建的Body用于Fluent中的计算域设置。

5创建Part创建的Part用于Fluent中的边界设置。

右击模型树中的Part，点击Creat Part。

在图中的Part处输入Part名字，并选择要创建的面。

共需要创建叶轮进口面（yeluninlet)，前盖面(qiangai)，后盖面（hougai），叶轮出口面（yelunout)，和叶轮面（blade)等5个Part。

6设置网格全局尺寸在Max element处输入单元体网格的最大尺寸数值。

7生成网格点击mesh菜单栏下的Compute Mesh。

并选择Compute Mesh菜单栏中的Volume Mesh。

其他保持默认设置，然后单击Compute生成网格。

8查看网格质量点击Edit Mesh菜单栏下的Display Mesh Quality。

然后点击图中的Apply。

可以看出网格质量都在0.3以上，满足求解要求。

大部分求解器接收网格质量>0.1，但是用户应争取>0.2。

9顺滑网格点击图中标记选项，在Up to value中输入要顺滑到的网格质量数值，然后单击Apply。

顺滑网格能够部分提高网格质量。

10保存文件叶轮网格划分结束。

二以同样的步骤划分蜗壳，进口管，出口管处网格。

离心泵流体域

离心泵流体域
离心泵流体域是指离心泵内部的流场区域，包括叶轮、蜗壳、进水管段和出水管段等部分。

在进行离心泵流体域处理时，需要考虑到流体在各个部分中的流动情况，包括流速、压力、湍流等。

处理离心泵流体域的方法有多种，具体取决于泵的类型和流体流动的特性。

以下是一些常用的处理方法：
1.几何建模：根据离心泵的结构和流体流动特性，建立流体域的几何模型。

可以
使用三维建模软件或专业的流体动力学软件进行建模。

2.网格生成：在几何模型的基础上，生成流体域的网格。

网格的精度和密度会影
响计算结果的准确性和计算效率，需要根据实际情况进行调整。

3.边界条件设置：根据实际情况设置边界条件，如进口压力、出口压力、转速等。

这些条件将影响流体在离心泵内部的流动情况。

4.数值模拟：使用流体动力学软件进行数值模拟，求解流体在离心泵内部的流动
情况。

数值模拟可以得到流体的速度场、压力场、湍流场等参数，帮助工程师了解离心泵的性能和流体流动特性。

5.结果分析：对数值模拟结果进行分析，包括流速分布、压力分布、湍流强度等。

分析结果可以帮助工程师优化离心泵的设计，提高其性能和稳定性。

离心泵流体域处理是离心泵设计和优化中的重要环节，可以帮助工程师更好地了解离心泵内部的流体流动特性，提高其性能和稳定性，降低能耗和磨损。

基于结构化网格的离心泵全流场数值模拟_李晓俊

第7 期
李晓俊等：基于结构化网格的离心泵全流场数值模拟
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（ 0. 7 ～ 1. 2 倍设计流量）内的扬程预测值与试验值［2 ～ 3 ］；然而由于对泵的各类损失缺乏足够基本吻合在数值计算过程中，对一些损失（包括泄漏的认识，损失、圆盘摩擦损失和机械损失）仍需要采用经验这往往导致预测的效率值与试验值系数进行修正，［4 ］之间存在较大的偏差。多种原因会造成损失的预测偏差，其中对原型泵的简化被认为是数值模拟结果存在较大偏差的主要原因
Abstract： The performance of centrifugal pump with whole flow field was analyzed by using CFD technique． The blocking strategies and mesh generation on domains of the pump were presented． Numerical simulation of whole flow field model and simple model in CFX for the pump was then carried out and the reason of the difference between two models was compared． It was verified that the cavity indeed had effects on simulation results． The whole flow field model showed a higher accuracy than the simple model，and the flow pattern of two models were also different． The relationship between the subflowrates through front cavity and the overall performance of the pump was evaluated． The simulation results of whole flow field model and the measured results were compared． The relative errors of the head and efficiency were 0. 79% and 0. 9% at the normal flow rate Q d ， while they were 6. 24% and 9. 61% at 0. 2 Q d ． The accuracy of numerical simulation should be improved at minimal flow point． Key words： Centrifugal pump Whole flow field Leakage flow Structured grid Numerical analysis

CFD在离心泵上的应用

CFD在离心泵上的应用摘要：指出采用CFD(计算流体力学)技术是解决离心泵水力设计的一个重要发展方向。

针对如何获得离心泵内部流场数值，指出应主要解决叶轮网格生成技术、边界条件设置、汽蚀流动的模拟、数值模拟结果的实验方法四个主要技术问题，提出了相应的解决方法。

关键词：CFD，离心泵设计，边界条件，网格1.CFD简介在具体介绍CFD在离心泵设计中的应用之前，我们先从CFD的应用现状及应用中的关键问题两个方面对CFD进行一个介绍。

1.1CFD的应用现状近年来，随着计算机技术的日新月异，复杂流动问题的模拟计算迅速发展，计算流体力学(简称CFD)越来越受到重视。

多种通用大型的商品化计算软件如“CFD2000”、“PHOENICS”等相继问世，而应用于各个特殊领域解决专门问题的专用化计算软件更是不可胜数，其应用也已从最初的航空扩展到包括离心泵在内的多个领域。

同时计算流体力学已从定性分析发展到定量的计算，正在逐步成为CAD系统中的一个重要组成部分。

通过这种“数值试验”可以充分认识流动规律，方便地评价、选择多个设计方案，进行优化设计，并大幅减少实验室和测试等实体试验研究工作量。

在降低设计成本、缩短开发周期及提高自主开发能力等方面，计算流体力学都可起到重要的作用。

发达国家许多大学、研究机构及大公司都已开展了大量的研究工作并已有较多的应用实例，值得引起重视。

目前CFD在计算方法、网格技术、物理模型等方面都取得了较大的进展。

在计算方法上追求三阶精度以上的高精度格式方法，其中又以对紧致格式的研究最为突出，紧致格式的理论研究已趋成熟，现在重点是实用化问题;计算方法研究还涉及带限制器的高阶插值、谱方法、拉格朗日方法、时一空守恒元方法等。

特别是将基因算法与传统计算流体力学结合在一起，在域分裂和最优化设计等许多方面显示良好的应用前景。

网格技术方面重点研究网格与流动特征的相容性、分块网格以及混合网格技术。

对于某些复杂流动问题，传统的网格无限加密技术可能使计算结果失真，此时就要求构造与特征相适应的网格完CFD的计算任务。

基于多面体网格的离心泵性能预测分析

通用机械制造
GM Manufacture
基于多面体网格的离心泵性能预测分析
燕山大学车辆与能源学院（河北秦皇岛 066004）张静陈先培国家半干旱农业工程技术研究中心（河北石家庄 050050）吴亮亮张爱习
【摘要】多面体网格具有计算网格数量少、精度高、收敛速度快等优势，但在离心泵性能预测分析方面应用较少。以一台实际运行的低比转速离心泵为研究对象，建立离心泵内部流场模拟的三维数学模型，划分多面体网格，计算其扬程和效率，并预测其性能。通过与试验值进行对比分析，验证了采用多面体网格预测离心泵性能的可行性与准确度。研究表明，在设计工况下，选用SSTk-ω湍流模型计算的结果与试验值更接近，具有更好的适应性；采用多面体网格划分预测水泵性能曲线与试验值有较好的一致性，但在小流量工况下数值模拟偏差较大，需尽可能的消除蜗壳出口回流，提高数值模拟的精度。
（5）
ηv=（1+0.68 ns－2/3 ）－1
（6）
2.不同湍流模型结果对比分析分别选用标准k-ω湍流模型，Realizable k-ω湍流模型，SST k-ω湍流模型和雷诺应力RSM湍流模型，应用
多面体网格划分形式的离心泵性能模拟结果与试验值对
比见表1。
表1 不同湍流模型下扬程误差
湍流模型
扬程/m
通用机械制造
GM Manufacture
泵，三维造型如图1所示，离心泵主要包括蜗壳，叶轮以及进口延长段三部分。其设计转速n=860r/min，流量 Q=420m3/h，扬程H=46m，叶轮入口直径D1=205mm，叶轮出口直径D2=150mm。
图1 离心泵三维模型
三、网格生成
基于领先的表面网格包裹技术（Surface wrapping technology），完全内嵌于Fluent操作环境下的 Meshing，对复杂几何模型具有很强的适应性，可在高质量表面网格的基础上快速生成满足CFD仿真要求的多面体网格。为保证计算精度在计算域壁面处添加边界层，综合考虑，最终计算域网格划分单元数量约120 万，节点数约426万，如图2所示。

离心泵四面体网格质量衡量准则及优化算法

着权重系数的增加，边界的平均网格质量有所提高．
关键词：离心泵；网格优化；单元质量衡量准则；面体网格四
中图分类号：ＴＰ９文献标志码：Ａ文章编号：０５ —８Ｘ（０１１ —１００３１２３９７２１）１００ —６
作为基于优化光顺的目标函数，目标函数中包含有考虑边界网格质量和内部网格质量的函数项，且为函数项添加了一个权重系数，而实现了边界网格单元质量的控制．某离心泵叶轮算例验证表从经明：优化后网格单元质量系数趋于０的劣质单元全部被消除，网格的整体质量得到了显著提高；随
ａｐｉｌａｕｅｎｒｔｒｎｎｏｔｓｒｍｅｔｉｉ．Ｔｈｒｏｎｔｎｗｓａｏｔｄａｅｏｊｃｉｅｆｎｔｎｏｅｍａｍｅｃｅｏｅｅｒｒｕｃｉａｄｐｅｓｔｂｅｔｃｉｆｈｆｏｈｖｕｏｔｏｔｚｔｎｂｓｄｓｏｈｎ．Ｉｈｂｔｅｆｎｔｎｔｅｕｃｉｎｔｒｎｉｅｉｇｂｕｄｒｐｉａｉ —ａｅｍｏｔｉｇｎｔｅｊｃｉｃｉ，ｈｎｔｅｍｓｏｓｄｒｏｎａｙｍｉｏｏｅｖｕｏｆｏｃｎ
ＤＯＮＧａｇ，ＬＩＨｏｌＬｉｎＵｕｉＴＡＮｉｇａ，ＬＭｉｇｈｎ，ＷＡＮＧｎｎ，ＭｎｇｏＵｎｚｅＹｏｇ，ＷＡＮＧｉＫａ
（ｅｅｒｈＣｅｔｒｏｌｉＭａｈｎｒｎｉｅｒｇａｄＴｅｈｏｏｙＪａｇｕＵｎｖｒｉ，ｈｎｉｇｉｎｓ１０３ＣｉａＲｓａｃｎｅｆｕｄＦｃｉｅｙＥｇｎｅｉｎｃｎｌｇ，ｉｎｓｉｅｓｙＺｅｊｎ，Ｊｇｕ２２１，ｈｎ）ｎｔａａ

离心泵四面体网格质量衡量准则及优化算法

离心泵四面体网格质量衡量准则及优化算法董亮;刘厚林;谈明高;路明臻;王勇;王凯【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2011(045)011【摘要】针对网格优化过程中边界网格质量难以控制的问题,提出一种新的网格优化算法.通过数值计算分析了不同质量衡量准则对劣质单元及其单元形状变化评判效果的等价性问题,对各衡量准则所耗费的时间进行了对比,在此基础上选用一种最优的衡量准则推导出了错误函数,并将该函数作为基于优化光顺的目标函数,目标函数中包含有考虑边界网格质量和内部网格质量的函数项,且为函数项添加了一个权重系数,从而实现了边界网格单元质量的控制.经某离心泵叶轮算例验证表明:优化后网格单元质量系数趋于0的劣质单元全部被消除,网格的整体质量得到了显著提高；随着权重系数的增加,边界的平均网格质量有所提高.【总页数】6页(P100-105)【作者】董亮;刘厚林;谈明高;路明臻;王勇;王凯【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江;江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江;江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江;江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江;江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江;江苏大学流体机械工程技术研究中心,212013,江苏镇江【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.改进的三维ODT四面体网格质量优化算法 [J], 刘岩;昌继海;关振群2.一类多线程并行四面体网格优化算法 [J], 尚萌萌;郑耀;陈建军;朱朝艳3.四面体网格质量度量准则的研究 [J], 聂春戈;刘剑飞;孙树立4.离心泵内部四面体网格的优化算法 [J], 刘厚林;路明臻;巫进;谈明高;董亮;任芸5.一种改进的四面体网格质量优化算法 [J], 董亮;代翠;张彦明;肖佳伟;唐晓晨;刘永付因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于结构化网格的离心泵数值仿真研究

基于结构化网格的离心泵数值仿真研究付志远【摘要】介绍了一种基于结构化网格的离心泵数值模拟方法,对一台单吸式离心泵进行了性能模拟并以试验结果进行了验证.在模型网格化过程中,由于结构化网格对边界层的处理好,网格生成的速度快质量高,能缩短数值模拟时间,因此采用了ICEM CFD对模型进行了从局部到整体的建块并生成结构化网格.为了消除网格数量对模拟结果的影响,进行了网格无关性分析,选定了网格数量155万的方案.采用Ansys CFX对模型网格进行数值计算,与试验结果进行对比发现:由于模拟中忽略了机械损失和容积损失,因此性能模拟的结果高于试验所测(效率误差1.4％～4.6％,扬程误差1.3％～5.1％).尽管存在一定误差,但模拟的离心泵性能随流量的变化趋势与试验结果完全一致,因此数值计算成功对离心泵性能进行了预测,基于结构化网格的数值模拟方法可行.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2018(039)011【总页数】5页(P123-127)【关键词】离心泵;数值模拟;结构网格;试验研究【作者】付志远【作者单位】佛山市科衡水利水电工程质量检测有限公司,广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】TH311作为一种重要的动力设备，泵在现代化工业社会中有着广泛的应用。

例如航空航天中火箭的燃料输送会用到燃料输送泵[1]；核电站的核主泵，余热排除泵[2-3]；舰船上的喷水推进泵[4]；汽车内的发动机涡轮泵，水循环冷却泵；居民生活小区的供水泵等等。

在所有的泵种类中，离心泵是其中的一个大类，其适用范围广，基本结构简单：由进口管路、转子叶轮以及蜗壳部件组成，见图1。

运行时，由电机带动叶轮转动对流体做功，并通过离心力将流体甩向叶轮出口，再由蜗壳收集高速且脉动较大的流体，将动能逐渐转化为压能进行输送。

同时，由于叶轮高速转动产生的负压，进口管路的流体又将被源源不断的抽送进入离心泵内，如此达到持续输送流体介质的目的。

图1 离心泵基本结构目前，离心泵的设计目标主要可以分为两个方面。