离心泵水力性能数值预测

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低比转数离心泵的水力设计及性能预测

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｕｓｉｎｇｅｍｐｉｒｉｃａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ，ｂａｓｉｃｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ
轮，并采用ＲＡＮＳ控制方程组和ＲＮＧｋ一占湍流模型对所设计的离心叶轮流道的三维湍流流场
进行计算分析，研究了这４种短叶片对沿流道的速度分布、压力分布及离心叶轮整体水力Ｉ｝生能的影响．结果表明：添加短叶片能明显提高叶轮扬程，但过长的短叶片会增加冲击损失与摩擦损
ｉｍｐｅｌｌｅｒｐｒｏｉｆｌｅｗａｓａｄｊｕｓｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｇｉｖｅｎｌｆｏｗｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｒｅａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｗｒａｐａｎｇｌｅｓｄｉｓ —
ｓｐｅｅｄｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｌｉｔｔｅｒｂｌａｄｅｓ（７５％，６５％，５５％，４５％ｌｏｎｇｂｌａｄｅ
—— —— ●● ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤｒａｉｎａｇｅａｎｄＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

基于BP神经网络的离心泵的性能预测

基于ＢＰ神经网络的离心泵的性能预测＊姚一富１江亲瑜１何荣国１徐万平２（１大连大学机械工程学院，大连１１６６２２）（２大连鸿泽泵业有限公司，大连１１６０３１）ＰｒｅｄｉｃｔｉｎｇｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｓｉｎｇＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓＹＡＯＹｉ－ｆｕ１，ＪＩＡＮＧＱｉｎ－ｙｕ１，ＨＥＲｏｎｇ－ｇｕｏ１，ＸＵＷａｎ－ｐｉｎｇ２（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６２２，Ｃｈｉｎａ）（２ＤａｌｉａｎＨｏｎｇｚｅＰｕｍｐＣｏ．Ｌｔｄ，Ｄａｌｉａｎ１１６０３１，Ｃｈｉｎａ）文章编号：１００１－３９９７（２００８）１０－００７３－０２【摘要】针对离心泵性能实测过程繁琐费用昂贵以及鉴于神经网络在非线性系统映射的优越性，提出利用神经网络中的ＢＰ网络模型来预测离心泵的性能，并用Ｍａｔｌａｂ７对一系列的离心泵进行性能预测。

预测结果表明：神经网络可以实现对离心泵性能的精确预测并用于实际应用。

关键词：离心泵；神经网络；ＢＰ网络模型；性能预测【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｃｏｓｔｌｉｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔａｎｄｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒａｄｖａｎｔａｇｅａｂｏｕｔｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ，ｉｔｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｓｉｎｇＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｐｕｔｉｎｔｏｐｒａｃｔｉｃｅｕｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｅｄｔｏｔｈｅｎｅｅｄｏｆｐｒｏｊｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；Ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ＢＰｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ；Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!"＊来稿日期：２００７－１２－１７＊基金项目：大连市科技计划资助项目（２００５Ａ１０ＧＸ１０８）中图分类号：ＴＨ３１１文献标识码：Ａｘ１ｘ２ｘｎｙ１ｙ２ｙｍ………………………泵内的实际流动规律很复杂，远没有被人们所认识［１］。

基于数值分析的离心泵性能预测

２．２运动方程——动量守恒定律
警＝等＋等一器竹鲁＋ｓ（等＋等）＋．ｆ－）％等
其中，Ｐ为流体密度，Ｐ为流体压力，Ｆ为单位质量流体所受外部体力，为其在时间ｔ坐标点上的分量，ｉ＝ｌ，２，３，是空间点的坐标， “ 为在时间ｔ坐标点的速度分量，ｉ＝ｌ，２，３，ｒ为流体的黏性应力，ｆ其在（ｉＪ）上的张量分量，ｉ＝１，２，３和ｊ＝１，２，３，为流体动力黏性
—
式中１－４３， ‘ ］，＇７＝（２ＳＳ
Ｊｓ＝（Ｏｕ／＋Ｏｕ／Ｏｘ），Ｃ２＝１．９。
涡粘性定义为湍动能和湍流耗散率的函数．即：Ｉｘ，＝Ｃ．ｐｋ
湍流粘度计算式中系数为：
．０ ’
：
ｍ
ａ
０
＝ —— — 一，
Ａｏ＋ＡＵｋｌｓ
其中，Ｐ为流体密度，是空间点的坐标，为在时间ｔ坐标
点的速度分量，ｉ＿１，２，３。
１ｃｏｓ－１（
，
ｃｃ，＝
式中，为涡粘性系数，Ｓ为平均速度应变力张量，Ｐ为流体密
器）＋－Ｇ＾
）＋
（２）
㈤
一
２流体的控制方程
假设叶轮转速恒定．三维不可压缩非定常流动的基本方程组为：２．１连续方程——质量守恒定律
ｕ监 — Ｏｐ

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常用的流体输送设备，其主要用途是将液体从低压区域输送到高压区域。

在液体通过离心泵的过程中，内部流动情况对泵的性能有着重要影响，因此掌握离心泵内部流动的分析方法是十分必要的。

本文将介绍多级离心泵内部流动的分析方法并进行性能预测。

多级离心泵的内部流动是由于泵叶轮的旋转而产生的，液体在叶轮的作用下被加速并转换成压能。

在泵的设计过程中，需要对泵叶轮进行流场分析，以确定叶轮的形状和尺寸，以及流量、扬程等性能参数。

多级离心泵的内部流动分析可以采用CFD仿真方法。

CFD（Computational Fluid Dynamics）是一种利用数值方法对流体力学问题进行计算的技术。

通过建立离散控制方程组，以流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程为基础，计算得到流体的速度、压力、温度等参数，从而分析流场的分布及特性。

在多级离心泵的内部流动分析中，首先需要确定物理模型和边界条件。

物理模型是指对泵的几何结构进行建模，包括叶轮、壳体、进出口管道等部分。

边界条件是指在模拟计算中给定的入口速度、压力，以及设定的泵的工作状态等参数。

在进行内部流动的仿真计算时，需要将流体分为网格化的小单元，通过计算流体在每个小单元中的速度、压力、温度等参数，并应用控制方程进行迭代计算，最终得到整体的流场分布。

根据得到的流场分布，可以分析叶轮的受力情况、流线分布等，找出存在的不足之处，并进行修正和改进。

通过内部流动分析得到的结果，可以预测多级离心泵的性能。

性能参数包括流量、扬程、效率等，通过计算流体在泵中的各个位置的速度、压力等参数，并结合泵的几何结构和运行状态，可以计算得到泵的性能参数。

根据性能参数可以评价泵的工作状态是否满足要求，并进行性能优化的设计。

多级离心泵内部流动的分析及性能预测是一项复杂而重要的工作。

通过CFD仿真方法可以对内部流场进行分析，并预测泵的性能参数。

这对于泵的设计和优化具有重要意义，可以提高泵的工作效率和可靠性。

基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术

123. 80 46. 35 51. 06 46. 08 32. 50 33. 31 29. 10 15. 91 18. 90 21. 63
2 950 2 900 2 900 2 900 1 450 2 900 1 450 1 500 1 485 2 900
32. 40 44. 80 45. 95 60. 84 84. 49 86. 44 117. 81 119. 04 165. 00 170. 13
H = pout - pin
μ 5 ε ε 5 ρε uj - μ + t = ρ ( C1 Pk - C2ε) 5xj k σ ε 5xj μt 5ui 5uj 5ui Pk = ρ 5 xj + 5 xi 5 x j 式中 μt 为涡粘性系数 ; Pk 为湍动能 k的生成项 ; Cμ = 0. 09;σk = 1. 0;σ . 3; C1 = 1. 44; C2 = 1. 92. ε = 1
1. 1 控制方程
对于不可压流体 ,相对定常流动 ,雷诺时均控制方程 ( RANS) 5u i =0 5 xi
uj
具体数值由流量与进口面积比值给定 : 进口湍动能 k 和 ε湍流耗散率由下式给定 :
kin = 0. 005 uin ,ε μ in = C
2 3 /4
kin / l, l = 0. 07D inlet
+
总效率 :η =
1
ΔPd
Pe
-1
ηvηh
+ 0. 03
式中 Pe 为输出功率 , Pe =ρ gQ H;ΔPd 为圆盘摩擦损失 , 计算方法见文献 [ 9 ]. 误差计算 : 扬程采用相对误差即预测值与试验值的差值比上试验值的百分比 ; 效率采用绝对误差即预测效率与试验效率的差值 . 各模型的性能参数计算结果见表 2.

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常见的机械设备，广泛应用于各种工业领域。

其工作原理是通过离心力将液体从低压区域推到高压区域。

因为多级离心泵通常由多个离心叶轮和导流管组成，因此其内部流动复杂。

了解多级离心泵内部流动情况以及性能预测对于泵的设计和运行至关重要。

本文将对多级离心泵内部流动分析及性能预测进行探讨。

多级离心泵是由多个叶轮和导流管组成的。

每一级离心泵中，液体经过转子和导叶轮进行加速，然后流经排水室和下一个级别的转子和导叶轮，最终到达出口。

在离心泵中，液体流动的复杂性使其具有一些独特的特点。

例如，流体在叶片上的加速度不是均匀的，叶片所受的流体作用力也不是相同的。

这些特点极大地影响了液体在泵内流动时的行为。

为了实现多级离心泵优化设计和效率提升，泵的性能预测是必要的。

泵的性能预测包括计算泵的设计工况和运行工况下的性能参数，如扬程、流量和效率。

严格的性能分析能够确保泵的高速运转在其设计要求之内。

泵的性能预测方法可分为以下两种：1.基于实验：基于实验的性能预测是通过实验来确定泵的工作参数的。

实验需要选择一组标准测试条件，对泵进行一系列试验，例如流量、扬程、效率和功率等。

实验的数据可以用来确定泵的性能曲线。

2.基于数值计算：基于数值计算的性能预测使用计算流体力学（CFD）等数值计算方法，通过对流场和叶轮进行数值模拟，得到泵的性能参数。

与实验方法相比，基于数值计算的方法具有更高的精度和更低的成本。

但是，计算结果取决于模拟的准确性和方法的选择。

总之，多级离心泵的内部流动分析和性能预测是泵设计和运行的关键问题。

该问题的正确解决可以提高泵的效率和稳定性，降低成本和能耗。

离心泵的水力设计和数值模拟讲解

离心泵的水力设计和数值模拟讲解离心泵是一种常见的水力机械设备，广泛应用于工业和民用领域。

它的水力设计和数值模拟是对离心泵性能进行优化和改进的重要手段。

下面将从离心泵的水力设计和数值模拟两个方面进行详细讲解。

一、离心泵的水力设计1.流量设计：离心泵的流量设计是以工程要求的流量为基础，通过水力模型试验或数值模拟等方法确定。

流量是衡量离心泵工作效果的重要指标，也是确定泵的尺寸和形式的基础。

2.扬程设计：扬程是指离心泵能够将液体抬升的高度。

在水力设计中，扬程是根据所需扬程和流量来确定的。

扬程的大小取决于泵的尺寸、转速、叶轮形状等因素。

3.效率设计：离心泵的效率是指泵所传递的水功率与泵所消耗的机械功率的比值。

效率的高低直接影响到泵的能耗和使用成本。

在水力设计中，需要根据工程要求和经济性考虑，确定合适的效率。

4.功率设计：离心泵的功率设计是指根据所需流量、扬程和效率来确定泵的功率。

功率是决定泵的动力系统和选型的重要参数，需要根据泵的工作条件和性能曲线来确定。

二、离心泵的数值模拟离心泵的数值模拟是利用计算机技术对泵的内部流动进行仿真模拟，以获得流场信息、压力分布和效率等参数。

数值模拟可以帮助优化和改善泵的性能、减少试验成本和时间。

1.建立几何模型：离心泵的数值模拟首先需要建立一个几何模型。

几何模型包括泵的内外部结构、叶轮的形状和尺寸等。

通过CAD软件等工具进行建模，得到几何模型的三维模型。

2.网格划分：在几何模型的基础上，需要对计算域进行网格划分。

网格划分是将计算域划分成小区域，以便对流动进行离散化计算。

合理的网格划分能够保证计算结果的准确性和稳定性。

3.数值计算：数值计算是指通过数值方法对流体的动力学方程进行求解，得到流场信息和参数分布。

常用的数值求解方法包括有限体积法、有限元法和离散元法等。

通过将流场方程离散化为代数方程组，使用求解器进行求解，得到结果。

4.结果分析与优化：得到数值模拟结果后，可以对流场、压力分布、速度分布等进行分析和评价。

离心泵性能预测-tmg

水力损失法的研究泵的损失分别为机械损失、容积损失和水力损失。

由于泵中的流动比较复杂，到目前为止，还不能从理论上精确计算泵内的各种损失，尤其是水力损失的估算更加困难。

目前估算损失的方法，主要有能量平衡试验和半理论半经验公式。

各种损失的正确计算是准确预测泵性能的基础。

§2.1 滑移系数与理论扬程2.1.1 滑移系数定义目前研究流体机械通常都采用一元理论，即假设叶片无限多无限薄。

但实际上叶轮叶片数是有限的。

液体在有限叶片数叶轮和无限叶片数叶轮中的流动状态差别特别大。

叶片无限多时叶轮内任意点的相对速度方向与该处的叶片表面切线方向一致，而有限叶片数时相对速度则会产生滑移，造成液体在出口处旋转不足，因此两种情况下叶轮的理论扬程也不相同。

一般通过滑移系数来处理两者间的差值，关于滑移系数的定义主要有以下两种。

（1）斯托道拉 (Stodola)滑移系数222u v u u ∆-=σ (2-1)Δv u2 — 叶片无限多和有限叶片数时出口速度圆周分量的差值（2）普夫莱德尔公式(Pfleiderer)滑移系数∞=σt t H H (2-2)2.1.2 滑移系数公式对离心泵而言，现有的理论扬程修正系数即滑移系数的公式非常多，但主要有下面四个公式[13 , 47]：（1）斯托道拉公式(Stodola)2sin 1βπσzs-=（2-3）（2）威斯奈公式(Weisner)7.02sin 1zv βσ-= （2-4）（3）普夫莱德尔公式(Pfleiderer)P+=11σ 式中2122222R R R z P -=ψ，其中 )601(2βψ+=a （2-5）式中：a — 与泵结构形式有关的经验系数 R 1、R 2 — 叶轮进出口半径（4）斯基克钦公式(Stechkin)P+=11σ 式中2122222R R R z P -=ψ，其中 3π=ψ （2-6）由于普夫莱德尔公式中的经验系数很难确定，故其实际应用很少。

由式（2-5）和（2-6）可知，斯基克钦公式是对普夫莱德尔公式的一个改进，即取3/π=ψ，这样使其更容易应用。

离心泵性能预测模型的研究

离心泵性能预测模型的研究离心泵是一种广泛应用于工业、农业和城市供水等领域的流体设备。

然而，由于离心泵的性质非常复杂，具有多个参数和变量，因此离心泵的性能预测一直是研究者们关注的焦点。

要预测离心泵的性能，必须先了解离心泵的工作原理。

离心泵包括一个旋转叶轮和一个定向蜗壳。

当水流通过叶轮时，叶轮旋转将水流加速，形成一股向外的离心力，从而将水压缩。

水流接着通过蜗壳，从而引起水流的变化和增加水的压力。

根据前述工作原理，离心泵的性能可以通过以下参数来描述：流量、扬程和效率。

其中流量表示单位时间内，流体通过泵的体积。

扬程表示水能被泵送到高度的最大距离，它是成为泵能力和选择性能中的一个重要指标。

效率则表示泵能量的利用率。

这些参数是测定离心泵性能的关键因素，预测离心泵性能就要利用这些因素进行建模。

离心泵性能的预测模型大致分为两类：基于实验的模型和基于计算的模型。

基于实验模型通常采用物理实验和试验数据来进行建模，而基于计算模型则使用计算机模拟离心泵系统。

下面我们将介绍这两种类型的模型。

一、基于实验的模型早期的离心泵性能预测模型最初来源于实验研究。

物理实验模型利用缩小比例的离心泵模型来进行实验室检测。

通过插入压力传感器、流量计和功率电表等测量设备以观察泵的性能，并根据样本数据建立预测模型。

实验数据处理可以使用多元回归方法或者神经网络模型等多种技术。

实验室试验检测离心泵性能的优点在于实验数据的准确性较高，可以求得不同参数下离心泵的性能和稳定性。

但是，物理试验建模的缺点在于需要实验数据的真实性验证、试验设备的精度以及实验周期和费用。

此外，人为因素也可能会影响实验结果。

因此，虽然物理实验模型在离心泵性能预测中得到广泛应用，但是比较麻烦和昂贵。

二、基于计算的模型计算方法是一种并不需要试验数据进行预测的预测技术。

通过基于计算机的模拟和建模，采用CFD (流体力学)等计算模型处理离心泵的流动问题，建立数值预测模型。

这种方法的建模过程不需要额外的费用和试验的反复测量，能够保证足够的准确度，因此在预测离心泵性能上得到了广泛应用。

离心泵反转作液力透平数值模拟与性能预测

江苏大学硕士学位论文第一章绪论１．１课题研究背景和意义能源工业是国民经济的重要产业，也是技术要求很高的产业。

未来能源技术制高点的主要特点为安全、高效、低碳。

我国不可再生能源生产量和消费量均已居世界前列，虽然我国能源资源量大，但是在能源供给和利用方面存在很多问题，如能源结构不合理、能源效率低、可再生能源利用率比例低、能源安全水平需要进一步提高等。

总体上讲，我国能源工业大而不强，与发达国家相比，在消费结构需要优化，在体制机制方面需要完善改进，科技水平需要提高。

《国家能源科技“十二五＂规划（２０１１．２０１５）））分析了能源科技发展形势，以加快转变能源发展方式为主线，以增强自主创新能力为着力点，充分提高能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的束缚可以运用科技，对能源资源进行有效的开发，着重发展和应用可再生能源技术，推动能源生产和利用方式的变革。

随着经济社会的发展，人们使用能源特别是化石能源越来越多，能源对经济社会发展的制约日益突出，对赖以生存的自然环境的影响也越来越大，而化石能源最终将消耗殆尽。

因此，提高能源利用效率、调整能源结构、开发和利用可再生能源将是能源发展的必然选择。

我国十二五规划提出节能减排目标为单位国内生产总值能耗降１６％。

为了实现这个目标，要求我们在生活和生产中挖掘富余能源，积极开展节能技术及其装置的研究。

在我国大部分的石油化工、炼油、化肥、海水淡化等生产企业存在大量高压流体通过减压阀减压到低压或者直接排放的现象。

文献【１】中，加氢裂化和渣油加氢装置中热高压分离器液相物流降压后进入热低压分离器的降压区，压差通常在１４。

１５ＭＰａ，高压循环氢脱硫塔塔底富胺物流降压区压差为１４。

１６ＭＰａ；文献【２】中指出在合成氨精炼工段中有１２ＭＰａ压力的废铜液由节流减压降到０．４ＭＰａ；文献【３】指出在海水淡化系统中从膜器中排放的废浓盐水压力高达５．５—６．ＯＭＰａ。

假如我们能对这部分工业生产余能进行回收利用，那么对于企业来说产生的效益是十分可观的。

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
离心泵是一种常见的流体传动设备，广泛应用于各个领域中。

离心泵的主要工作原理是通过转子叶片的旋转，使流体产生离心力，从而增加流体的动能，并将流体高速射入出口管道。

离心泵内部流动分析主要包括三个部分：叶轮进口流动、叶轮内部流动和叶轮出口流动。

叶轮进口流动是指进口流体在叶轮进口处的流动情况，主要涉及流体的速度分布和压力分布。

叶轮内部流动是指叶轮叶片内部的流动情况，包括流体的流速、静压、动压等参数的变化。

叶轮出口流动是指流体从叶轮出口进入出口管道的流动情况，主要涉及出口流体的速度分布和压力分布。

离心泵的性能预测是指根据泵的设计参数和运行条件，通过数学模型和计算方法，预测泵的性能指标，如流量、扬程、效率等。

性能预测主要依靠流体力学理论和实验数据，在泵的设计和优化中起到重要作用。

常用的性能预测方法有理论分析法、实验测量法和计算机仿真法。

离心泵内部流动分析和性能预测对于泵的设计和优化具有重要意义。

内部流动分析可以帮助了解离心泵内部流体的运动规律，为泵的设计提供参考；性能预测可以帮助预测泵的工作性能，指导泵的选择和使用。

通过内部流动分析和性能预测，可以提高泵的效率、降低能耗，提高设备的可靠性和使用寿命。

需要注意的是，离心泵的内部流动分析和性能预测是一个复杂的过程，需要考虑多种因素，如流体的物性参数、叶轮的几何形状、叶轮的转速、进出口流动的边界条件等。

在进行分析和预测时，需要综合运用理论分析、实验数据和计算模拟等方法，以提高分析和预测的准确性和可靠性。

基于数值的离心泵性能预测

2.3 能量方程— ——能量守恒定律
De ＝ Q － 1 Dt ρ ρ
鄣qi 鄣xi
－1 ρ
πi,j
鄣ui 鄣xj
其中， ρ 为流体密度， xi 、xj 空间点的坐标，ui 为在时间 t 坐标 xi
点的速度分量，i=1,2,3，e 是单位质量理想流体内能，Q 为单位时间内
2013 年第 7 期
ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○本刊重稿○
科技信息
基于数值分析的离心泵性能预测
付长顺巴力登（新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐 830000）
【摘要】利用 CFD 仿真软件对离心泵内流场不可压湍流流动进行数值仿真。揭示了离心泵内部湍流流场的分布规律, 并对离心泵的性能进行预测。对于了解离心泵内部的流动情况、提高离心泵的效率和改进离心泵的设计有很好的参考价值。
A0 +As U k/ε
A0 =4.0，AS= 姨 6
cosφ，
φ=
1 3
-1
cos
姨姨
6
ω
鄣， ω=
Sij Sjk Ski
姨Sij Sij
姨 * * 鄣 *
U = Sij Sij +Ω ij Ω ij
*Ω ij =Ωij －2εijk ωk
Ωij =Ω ij －εijk ωk
Ω ij 是在以角速度 ωk 旋转的旋转坐标系中得到的平均旋转速度。
仿真二维离心泵叶轮的湍流流动和计算计算整个泵的特征性能曲线，流动区域离散化成笛卡尔网格，并且雷诺平均 N-S 方程解决了控制体积方法和 k-ε 湍流模型。

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。

离心泵水力性能数值预测

一
一
一
２
一
ｋ
（）２
一
本文借助商用软件ＦＵＮ，ＬＥＴ采用Ｎ—ｓ方程，配合标准Ｋ一湍流模型，水泵内流场进行了三维数对
值模拟。通过对内流场的模拟，出了一些离心水泵得
分别代表各坐标分量札Ｙ；，
设叶轮和蜗壳内部流动为稳态，不可压流动。且
：
本文假定出口边界处流动已充分发展，口区域出离开回流区较远，则有
０ｆ４）
出
采用商用ＣＤ软件．ＵＮ６１和Ｋ一湍流模型，ＦＦＥＴ．Ｌ假
维普资讯
２００８年８月
农机化研究
第８期
离心泵水力性能数值预测
陈松，朱荣生，黄义刚
２２１）１０３
（苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江江
摘要：采用标准，一（ｓ湍流模型和ＳＭＬＣ算法，近年来快速发展的ＣＤ技术应用在不同的工况下，对离ＩＰＥ将Ｆ并
关键词：离心泵；内流场；水力性能；数值模拟
中图分类号：￥７．２２７９文献标识码：Ａ文章编号：１００３—１８２０００００８Ｘ（０８）８— ２３— ３
向同性。蜗壳垂直轴，面为）平面，直纸面向轴，、垂

附着空化流动下离心泵水力性能数值预测

流动条件下离心泵的水力性能进行了数值预测研究．采用具有试验数据的拱形头部圆柱体空化绕流考核了所提出的空化模型和算法的准确性和可靠性．采用数值方法研究了不同流量系数下离心泵水力性能与空化系数之间的关系，预测了空化系数对离心泵叶轮表面附着空化气泡形状的影响．数值结果表明，同的流量系数下，在相存在着临界空化系数，临界空化系数时离心泵的水力性能突在然下降，空化系数越小，离心泵叶轮表面的附着空化空腔越大，同时造成水力性能下降的越快．研究结
ＡｂｔａｔＴｈｙｒｄｎｍｉｅｆｒａｃｆａｃｎｒｆｇｌｕｎｅａｉｔｎｌｗｏｄｔｎｓｒｃ：ｅｈｄｏｙａｃｐｒｏｍｎｅｏｅｔｉａｍｐｕｄｒａｃｖｔｉｇｆｕｐａｏｃｎｉｉｏｗａｒｄｃｅｓｎｈｐｏｅａｉｔｏｏｅｎｉｃｕｙｏｄ－ｖｒｇｄＮａｉｒＳｏｅｓｐｅｉｔｄｕｉｇｔｅｉｒｖｄｃｖｔｉｎｍｄｌｄａｖｓｏｓＲｅｎｌｓａｅａｅｖｅ－ｔｋｓｍａａ
ＬｕｉＬｊｎ。Ｆｎｈｎｉｇｉｎ，ＬｕｉｚｅｇＺｅｐｎＪｕ
（、ｎｔｕｅｏｕｂｒａｈｎｒ，ｎＪｏｏｇＵｎｖｒｉ，Ｘｉｎ７０４，Ｃｉａ．ｓａｃ１ＩｓｉｔｆＴｒｏｎｅｉｅｙＸｉｉｔｎｉｅｓｙｔａａｔ１０９ｈｎ；２ＲｅｅｒｈａＩｓｉｔｒＡｐｌｄＭｅｈｎｃ，ＫｙｓｕＵｎｖｒｉ，Ｆｋｏａ８６８８，ａａ）ｎｔｕｅｆｐｉｃａｉｓｔｏｅｕｈｉｅｓｔｙｕｕｋ１－５０Ｊｐｎ

基于数值模拟的离心泵性能预测

10 FLU ID MACH INERY Vol135, No110, 2007
通过国内外相关文献 ,发现目前之所以不能直接通过数值模拟的方法对轴功率和效率进行预测 , 是因为在物理模型的简化过程中 ,忽略了泵体、泵盖与叶轮之间的前后腔以及密封环间隙的影响 , 因而无法计算由于圆盘摩擦损失和容积损失而消耗掉的这部分轴功率 ,也就是不能直接计算出轴功率的大小 ,从而也不能准确计算出相应的效率。并且 ,试验研究证明 ,密封环间隙的大小对离心泵的性能有重要的影响 [ 10 ] 。忽略了前后腔及密封环间隙这部分区域 ,在一定程度上已经破坏了流场的实际结构分布 ,使数值模拟从物理模型开始就存在一定的“失真现象 ”,这个问题还没有引起足够的重视。
CFD 技术具有“虚拟流体实验室 ”之美誉 [ 1 ] 。目前对离心泵内部流场进行数值模拟研究的文献已有很多 ,大量的计算结果与试验数据的对比情况表明 , 在多数情况下 CFD 技术能够较真实地反映流场的分布情况 [ 2～5 ] 。对 CFD 技术的熟练掌握与灵活应用 ,能够在离心泵水力模型设计的过程中取得事半功倍的效果。
Performance Pred iction of Cen tr ifuga l Pum p Ba sed on the M ethod of Num er ica l S im ula tion
WANG Xiu2yong,WANG Can2xing ( Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
图 1 计算区域示意
在边界条件的设定完全相同的前提下 ,应用 CFD软件 FLUENT对上述两种流场进行了计算。由于两种流场的计算网格具有完全一致性 ,消除了因网格划分的不同而引入的计算结果上的差异。通过对两种流场扬程的计算值与试验值进行比较 ,以及对流场 Ⅰ的轴功率和效率的计算值与试验值进行比较 ,证明了前后腔及密封环间隙对流场计算确实具有重要的影响 ,同时证明本文所

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：Ｔ３Ｈ文献标识码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１００２．０２０．０ｏ：０３６／．ｓ．０５— ３９２１．６０４ｓ
ＮｕｍｅｉａｉｒｃｌＳｍｕｌｔｏｏｒｅｄｍｅｉａｏｉｎｔｉｕｇｌＰｕｐａｎｆＴｈｅ・ｉｎｓｏｎＦｌｗｎＣｅｒｆａｍｉｌａｒｏｍａｅＰｒｄｃｉｎｓｄｏＣＦＤｎｄＰｅｆｒｎｃｅｉｔｏＢａｅｎ
Ｓｅｙｎ１０６Ｃｉ；．ａｈｎｕｒｓｎｕｐＣ．Ｌｄ，ａｈｎ１２６Ｃｉａｈｎａｇ１０１ｈｎ３ＨｉｅｇＳｐａｕｙＰｍｏ，ｔ．Ｈｉｅｇ１４１，ｈｎ）ａｅｅ
ＡｂｔａｔＩｗｓｓｍｕａｅｅｆｌｔｒｅｄｍｅｓｎｌｖｓｏｓｆｗｏｅｉｅｌｒａｄｖｌｔｏｅｄｅ４Ｂ６ｃｎｒｕａｓｒｃ：ｔａｉｌｔｄｔｕｌｈｅ－ｉｎｉａｉｃｕｏｆｈｍｐｌｎｏｕｅｆｗｆｌｓｏｔ０Ｚｅｔｉｇｈｏｌｔｅｌｉｆｈｆｌ
ＥＮｏｔａｅａｄＳＭＰＥａｇｒｈＴｓｆｒｎＩＬｌｏｔｍ．Ｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｈｗｈｉｒｕｉｎｌｗｓｏｏｅｏｉｎｒｓｕｅｉｅｔｆ — ｗｉｈｉｌｔｏｅｕｔｓｏｓｔｅｄｓｉｔｓｔｂｏａｆｗｖｌｃｔａｄｐｅｓｒｎｃｎｆｕｌｆｙｉ

离心泵的数值模拟及性能分析

Candidate: Liu Han Supervisor: Prof. Pan Huachen
March，2013
杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
II
杭州电子科技大学硕士学位论文
目
录
摘要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 目录 ................................................................ III
第 1 章绪论 ............................................................... 1 1.1 前言 ................................................................. 1 1.2 离心泵的概述 ........................................................ 1 1.2.1 离心泵的分类 ..................................................... 1 1.2.2 水泵的结构 ....................................................... 2 1.2.3 离心泵的应用 ..................................................... 2 1.2.4 离心泵的基本参数 ................................................. 3 1.3 离心泵的 CFD 数值模拟研究现状 ........................................ 4 1.3.1 对离心泵内部流场的数值模拟 ....................................... 4 1.3.2 离心泵叶轮和蜗壳耦合 ............................................. 5 1.4 离心泵优化方法 ....................................................... 6 1.4.1 试验优化设计 ..................................................... 6 1.4.2 速度系数法优化设计 ............................................... 6 1.4.3 损失极值法优化设计 ............................................... 6 1.4.4 准则筛选法优化设计 ............................................... 7 1.4.5 CFD 流场数值模拟及 CAD 优化设计方法 ............................... 7 1.4 本文主要研究内容 ..................................................... 7 第 2 章离心泵全流道网格建立 ............................................... 8 2.1 网格的概述 ........................................................... 8 2.1.1 网格的基本概念 ................................................... 8 2.1.2 网格的类型 ...................................................... 8 2.1.3 网格分块生成技术 ................................................. 9 2.2 GRIDGEN 商业软件和 PLOT3D 的简介 ..................................... 10 2.2.1 Gridgen 简介 .................................................... 10 2.2.2 PLOT3D 简介 ..................................................... 10

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SH I Pei - lin, L I X iao - ling, HE Lv - chang
( School of Transportation and Vehicle Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China ) Abstract: The common m ethods used to measure the revolving speed of diesel engine was mature, but the traditional method as op toelectronic type, Hall type and so on, needed install the sensor on the connection or internal revolving part on the diesel engine. So, does not suit to carry on tachometry at large - scale. This paper analyzed the origin of diesel en2 gine vibration. In the light of the relation betw een vibration of diesel engine and rpm of diesel engine, developed a new ratemeter and Acquisition and Signal Processing System is app lied to inspect the vibration of diesel engine. The research results show that the p roposed method and apparatus is of high p recision. Key words: diesel engine; ratemeter; vibration; sensor
图 1 蜗壳表面总压分布图
网格生成是数值模拟的重要组成部分 , 网格质量的好坏直接影响到数值解和计算精度 , 有些情况下这种影响是决定性的
[2]
。由于空间扭曲叶片的应用日
益广泛 ,所以采用扭曲叶片 , 其离心泵叶片包角大 , 扭曲严重 ,几何形状复杂 , 蜗壳喉部特殊。因此 , 划分网格时采用适用性强、对具有复杂边界模型特别有效的完全非结构化四面体混合网格。壁面采用三角形网格 , 计算区域内采用四面体网格 , 利用软件 Gam bit
CFD 分析主要看压力分布是否均匀、速度矢量图
是否合理以及有无旋涡和撞击等。从图 1 可以看到 ,压力沿着蜗壳流道逐渐加大 ,沿宽度范围压力变化比较均匀。从图 2 可以看出 , 流体在蜗壳第 Ⅰ 截面附近的流速较均匀 , 随着流体流向出口 ,速度逐渐降低 ,在靠近喉部时明显减小 , 这与蜗壳的设计方法等速度矩 V2 R = k2 ( 常数 ) 相符合 , 且符合连续性方程。
2. 2. 30 对三维模型划分网格 ,网格划分共得到网格节
点 782 365 个。
2 计算过程及结果分析
2. 1 CFD 分析
图 2 蜗壳表面速度矢量图
2. 2 性能预测
使用 FLUENT后处理环节提供的报告力矩值和压力的功能 , 可以得到叶片的正面、叶片背面和轮毂表面受到的绕 Z 轴力矩 M 和扬程 H。设叶片数为 n , 由离心泵水力效率的计算公式可以预测泵的效率 (如图
ห้องสมุดไป่ตู้
=
9P + 9xi
3
9 [μ e (
9ui 9uj ) ] + 9xj 9xi k ε - 2 ijkωj uk 9xj
(2)
ρ— 式中流体密度 ; xj — 分别代表各坐标分量 x, y, z; u i — 平均相对速度分量 u, v, w ; P — 相当于包括了紊动能 k 和离心力的折算压力 ; ωj — 角速度 ; εijk — 张量 ; μ 等效粘性系数 , 为 μ与 Boussrnesq 涡粘性 e— 系数 μt 之和。
1. 3 边界条件 1. 3. 1 进口边界条件
3
1 控制方程及网格生成
1. 1 泵的主要参数确定
本文以 200LQW Y - 43. 5 为研究对象 , 主要设计参数为 : 流量 Q /m ・ h : 200 扬程 H /m: 43. 5 转速 n / r・ m in : 1450 工作介质为清水 , 并认为是牛顿流体且局部各
kin = 0. 005w in
2
εin =
c μ kin Kym
3 /4
3 /4
(3)
式中 w in — 进口轴向速度 ( m / s) ; ym — 近壁计算点到壁面的距离 ( mm ) 。
・2 0 3 ・
2008 年 8 月农机化研究第 8 期 1. 3. 2 出口边界条件 PLEC 算法 ,同时应用二阶迎风差分格式离散对流相。
2006 ( 8 ) : 51 - 53.
Num er ica l Pred iction of Hydraulic Performance of Cen tr ifuga l Pum p
CHEN Song, ZHU Rong - sheng, HUAN G Yi - gang
( Research Center of Fluid M achinery Engineering and Technology , J iangsu University, Zhenjiang 212013, China ) Abstract: The standard κ - ε Turbulence model and SI M PLEC algorithm are app lied to sim ulate the three - dim ension internal flow field turbulence flow which can ’ t be comp ressed in centrifugal pump , and the distribution rules of the pump internal turbulence flow are calculated. The research is im portant for understanding the interior flow status of centrifugal pump; enhancing the centrifugal pump efficiency; and p rovide valuable reference infor m ation for i m p roving hydraulic de2 sign of centrifugal pump. Key words: centrifugal pump; internal flow field; hydraulic performance; numerical sim ulation
3 所示 ) 。
稳定状态下 , 叶轮以恒定的角速度旋转 , 建立与叶轮同步旋转且与轴线重合的旋转直角坐标系 ( x, y,
z) 。将直角坐标系 ( x, y, z) 固定在叶轮上 , 并绕着 z轴
以恒定的角速度旋转。在设计额定工况和非额定工况下 ,分别进行计算。考虑各物理量在相邻节点间分布曲线曲率的影响 , 采用压强连接的隐式修正 SI M2
本文假定出口边界处流动已充分发展 , 出口区域离开回流区较远 ,则有 9< =0 9z 即 < i = < i- 1 式中 < i — 出口边界上的值 ( u, v, w 和 p) ; 次迭代得到的结果代入。
1. 4 壁面函数法 ( 4) ( 5)
采用商用 CFD 软件 FLUENT6. 1 和 κ - ε湍流模型 , 假设叶轮和蜗壳内部流动为稳态 ,且不可压流动。
ρ H ηh = gQ π Mω
( 10 )
・2 0 4 ・
2008 年 8 月农机化研究第 8 期
拟 ,能够精确地分析和详实地了解其叶轮和蜗壳内部流场分布。使用数值模拟的方法研究泵内部流场 , 必将改变传统的水力设计方法 , 极大地缩短离心泵的开发周期 ,节约生产成本 , 提高生产效率 , 显著地提高离心泵的设计质量。计算流体力学及计算机的发展将是弥补试验费用高和周期长的一种有效手段 , 对于提高离心泵的各项性能具有一定参考价值。参考文献 :
[1 ] 王福军 . 计算流体动力学分析 - CFD 软件原理与应用
图 3 流量 - 效率曲线
[M ]. 北京 : 清华大学出版社 , 2004. [2 ] 朱荣升 , 付强 , 李维斌 , 等 . 基于混合模型的离心泵叶
3 结论
基于 CFD 技术对速离心泵进行三维湍流数值模
轮内汽蚀两相流的 CFD 分析 [ J ]. 中国农村水力水电 ,
S277. 9 2 文献标识码 : A
+
文章编号 : 1003 - 188X (2008 ) 08 - 0203 - 03
0 引言
随着计算流体力学 ( CFD , Computational Fluid Dy2 nam ics) 和相应计算软件的发展 ,用数值模拟方法研究离心泵内过流部件流场 , 已成为改进和优化离心泵叶轮以及其它过流部件设计的重要手段。水泵的全三维数值模拟已经成为可能 , 但一般仅局限于在叶轮流道内计算 ,同时将叶轮和蜗壳作为模拟对象并进行性能预测的还不多见。离心泵内过流部件的几何形状具有较大的弯曲和扭曲 , 其内部流动是复杂的三维流动。若只对过流各部件单独分析 , 没有考虑过流部件间的匹配关系 , CFD 分析结果必然与实际流动存在较大的差别 ,也无法了解离心泵内部流动的三维特性。本文借助商用软件 FLUENT, 采用 N - S 方程 , 配合标准 κ - ε湍流模型 , 对水泵内流场进行了三维数值模拟。通过对内流场的模拟 , 得出了一些离心水泵性内的流动规律 ,为离心泵的优化设计提供了基础信息 ,对离心泵的设计具有一定的参考价值。