离心泵内流场的数值模拟
基于CFX的离心泵内部流场三维数值模拟
文章编号：1006-8139（2013）02-001-04基于 CFX 的离心泵内部流场三维数值模拟彦 1，2 吴建华 1麻 （1.太原理工大学水利科学与工程学院 山西太原 030024；2.山西水利职业技术学院 山西太原 030027）摘 要：基于三维不可压缩流体的 Ｎ-Ｓ 方程和标准 k -ε 湍流模型，采用隐式修正 SIMPLE 算法，利用 CFX 软 件，对离心泵装置进行全流场三维数值模拟，共计算额定转速下 30～80 m 3/h 流量范围内 8 个工况点。
对比分析小流量 工况、设计工况和大流量工况下泵装置流态和压力分布，并分析叶片表面静压，揭示内部流动规律，所得结果对预测水力 性能，提高水泵效率及进一步结构优化具有重要的参考价值。
关键词：离心泵；叶片；内流场；数值模拟；CFX中图分类号：TV131 文献标识码：AThree-Dimensional Numerical Simulation of Internal Flow Field in Centrifugal Pump Based on CFXMA Yan ，WU Ji an-huaAbstract: Base d on thr ee -dimension N -S equations and the standard k -ε Turbulence model, adopting SIMPLE algor i thm, thi s paper simulates the whole flow domain in Pum p System by using CFX. The flow regime and the distribution of pressure in the pump are i nvestigated contrastively under these conditions: the small flow r ate condition, the design condition and the flow big rate condition based on the calculat i on of different operating conditions with the flow rates ran ge 30～80 m 3/h at the rated rotating speed, and analyz i ng blade pressure to find out the law of the inner flow of the centr i fugal pump. The result provides theoretical foundat i on for forecasting hydraulic performance and optim i zing centr i fugal pump structur e.key words: centr i fugal pump ；blade ；i nternal flow fi eld ；numer i cal simulation ；CFX离心泵因其流量小、扬程高、安装检修方便等特点在工、农业生产中有着广泛应用。
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程内容摘要：一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，...一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，并且能够更好的在设计阶段预测泵内部流动所产生的漩涡、二次流、边界分离、喘振、汽蚀等不良现象，通过改进以提高产品可靠性。
本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型，通过具体步骤希望广大同行能快速掌握运用Fluent对水泵进行CFD模拟的步骤方法。
二、建模采用Creo 2.0 M020（Peo/Engineer）进行建模。
本次教程不考虑叶轮前后盖板与泵腔间的液体（事实证明对实际结果有一定影响，为了教程方便因此不予考虑，大家可以在实际工作中加入对前后腔体液体），建模只考虑进口管部分、叶轮旋转区域部分、蜗壳部分。
对于出口管，可以根据模型的特征进行判别，本次模拟是由于出口管路对实际模拟结果影响很小，不存在尺寸急变等特征，因此去掉了出口管段，以减少网格数量。
建模如图所示：图1 建立流道模型三、网格划分建模完成后，导出*.x_t（或其他格式）格式，导入网格划分软件中进行网格划分。
网格划分软件有很多，各有各的优势，主要采用自己熟练的一种即可。
本次教程采用ICEM进行网格划分。
进口段为直锥型结构，采用六面体网格。
叶轮和蜗壳部分采用四面体非结构网格（也可以采用六面体网格，划分起来比较麻烦）。
对于工程应用，可以采用不划分边界层网格，划分边界层网格比较费时间，生成的网格数量也很高，但是从模拟的外特性曲线来看，差别不是很大，但是对于研究边界层流动对性能的影响，就必须划分边界层，对于采用有些壁面条件，也必须划分边界层（该部分查看其它教程）。
毕业设计(论文)-基于PROE离心泵叶轮三维建模及流场数值模拟分析模板
摘要本文将曲面造型与数值计算有机的结合在一起应用到离心泵叶轮的设计中。
采用二维造型得到计算区域，通过对离心泵叶轮内部流场的数值计算与分析，得到较好的离心泵叶轮。
本文主要对离心泵叶轮的计算公式进行研究，并对离心泵叶轮的尺寸进行计算。
建立了一个叶轮轴面投影图，为叶轮的绘型做准备。
选择一种适合的绘型方法，完成离心泵叶轮的绘型。
最后再利用PRO/E软件建立离心泵叶轮的三维实体模型,即完成了在PRO/E中的三维建模。
为了方便流场数值的模拟分析，使用Gambit软件对所得的三维模型进行划分网格，运用fluent软件做出边界条件并计算，再使用fluent软件对所设计的离心泵叶轮内三维流场进行了数值模拟，并对计算结果进行了分析。
而后采用基于标准k一e湍流模型来求解，在非结构化网格中，采用基于有限元的有限体积法对方程进行离散，用压力校正法进行数值求解。
利用湍流模拟结果，分析了离心泵叶轮进口边位置对泵性能的影响。
由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而fluent能达到最佳的收敛速度和求解精度。
本文结合实例和经验，通过对离心泵叶轮CFD计算结果的分析，说明所设计的叶轮是成功的。
关键词：离心泵叶轮；PRO/E；三维建模；数值模拟；计算流体动力学（CFD）Title Based on PRO / E centrifugal impeller three-dimensional modeling and numerical simulationAbstractThis article will surface modeling and numerical computation applied to the organic combination of centrifugal pump design. Be calculated using two-dimensional modeling area, through the centrifugal pump impeller Numerical calculation and analysis, get a better pump impeller.In this paper, the formula for centrifugal pump impeller to study, and calculated the size of centrifugal pump impeller. The establishment of a leaf axle plane projection, the drawing of the impeller to prepare. Select the drawing of a suitable method to complete the drawing of centrifugal pump impeller. Finally, using PRO / E software to establish the three-dimensional solid model centrifugal pump impeller, which was completed in PRO / E in the three-dimensional modeling.In order to facilitate numerical simulation analysis,the use of proceeds Gambit software mesh three-dimensional model,using fluent software to make the boundary conditions anf calculate,and then use software designed for fluent centrifugal pump impeller flow field is numerically simulation and calculation results are analyzed. Then based on the standard k a e turbulence model to solve, in the unstructured grid, finite element based finite volume method to discretize the equations using the numerical solution of the pressure correction method. Turbulence simulation using the results of analysis of a centrifugal pump impeller inlet side of the pump performance of the location. As a result of a variety of multi-grid solution method and the accelerating convergence technology, which can achieve the best fluent convergence speed and solution accuracy.In this paper, examples and experience, through the centrifugal pump impeller CFD analysis results, indicating that the impeller is successful. Keywords: centrifugal pump impeller; PRO / E; three-dimensional modeling; numerical simulation; computational fluid dynamics (CFD)目录基于PRO/E离心泵叶轮三维建模及流场数值模拟分析第一章绪论1.1论文研究的背景：泵广泛应用于国民经济的各个部门，它的技术性能对各相关行业影响巨大，长期以来采用“手工设计一样机生产一样机测试一设计修改”的生产路线，其不仅研制开发费用高，而且周期很长。
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基于CFX的离心泵内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。
如有不对之处敬请指教。
一、CFX数值计算的完整流程二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分导入几何模型修整模型创建实体创建PRAT设置全局参数划分网格检查网格质量并光顺网格导出网格－选择求解器导出网格三、CFX-Pre 设置过程基本步骤新建文件导入网格定义模拟类型创建计算域指定边界条件建立交界面定义求解控制定义输出控制写求解器输入文件定义运行计算过程四、CFX-Post后处理计算泵的扬程和效率云图矢量图流线图导入几何模型在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。
图3 导入几何模型界面修整模型单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。
拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边，yellow = 单边，red = 双边，blue =多边，线条颜色显示的开/关Model tree →Geometry → Curves → Color by count，Red curves 表示面之间的间隙在容差之内, 这是需要的物理模型，Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。
图4 修整模型界面2-3 创建实体单击Geometry→Creade Body，详细过程如图5所示。
图5 创建实体界面创建PRAT创建PART，是为了设置边界时使用，在模型树中，右键点击Part，在出现菜单中选择Create Part。
以此创建各个部件的part，如图6所示。
离心泵内流场的三维数值模拟及流动分析
产生交割，且全位错也易开始起动，使合金发生塑性变 弹性协作进行，减小了形状回复的阻力；同时相间习性能
形，并且 ε马氏体交叉现象随预应变增大而愈加严重，限 提供逆转变驱动力，有利于 Ｓｈｏｃｋｌｅｙ 不全位错的逆运动，
制了 ε马氏体层错在回复退火时产生收缩，相当于减少 提高了合金的形状记忆效应。
了能够发生层错收缩的 ε马氏体相对数量。不同位向的 ５ 结 论
（ １）在叶轮旋转过程中，各流道的流动随它在叶轮中 相对位置的不同而不同。压力和速度分布具有明显的轴 不对称性。
收稿日期：２００６－ １１－ ０９
机械工程师 ２００７ 年第 １ 期 ４９
Ｒ 研究探讨 ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＤＩＳ ＣＵＳ Ｓ ＩＯＮ
的报道。而离心泵内过流部件的几何形状伴有强烈的弯 曲和扭曲，其内部流动是复杂的三维流动。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差别，也无法了解离心泵 内部流动的三维特性。随着计算流体力学和相应计算软 件的发展，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、进水室和蜗壳 作为模拟对象的还不多见。本文借助 ＦＬＵＥＮ（Ｔ ＣＦＤ）软 件平台，采用 Ｎ－ Ｓ 方程配合标准 ｋ－ ! 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 一些有价值的水泵性能信息。 ２ 建模与计算方法
数的增加，晶体缺陷密度随之增加，这些晶体缺陷可以作 但训练次数达到一定值时，回复率呈现下降趋势。
为 ε马氏体核胚，使合金在预变形时以应力诱发马氏体 相变为变形的主要机制。
另外，随着训练次数的增加，拉压应力使马氏体的厚 度逐渐减小，促进了周围基体的弹性协调，对马氏体相的 可逆性有益，因而提高了合金的形状记忆效应。
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。
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 。
离心式叶片泵内部流场的数值模拟
年增刊5通用机械yjx 前沿技术Advanced TechnologyAdvanced Technology 离心式叶片泵广泛应用于各类液体物料的输送，如乳品、啤酒、饮料、医药、生物工程、精用化工等领域。
它既可以输送低、中黏度溶液，也可以输送含悬浮物或有腐蚀性的溶液。
传统叶轮机械的设计是以实验为基础的设计，通过反复的设计和实验，并借助经验的判断确定最终的设计方案，设计的周期较长，费用较高，对经验的依赖性较强。
随着计算机技术的发展，数值模拟开始更为广泛地应用于叶轮机械的设计和流场分析中。
计算流体力学（com put at i onal fl ui d dyn am i c s ，CFD ）就是其中一种有效的研究流体动力学的数值模拟方法。
基本步骤如图1所示。
一、问题的描述对一个典型的叶轮机械进行数值模拟。
采用的模型为工程上常用的离心式叶片泵，该泵由旋转的叶轮和静止的蜗壳两部分组成。
流体从中央的圆形进口沿经向均匀进入叶轮，经过旋转的叶片作用后，得到能量，从蜗壳出口排出。
1.已知参数叶轮叶片数为6，叶轮进出口直径分别为120mm 和220mm ，叶片进口安放角（叶片与圆周方向夹角）和出口安放角分别为200°和250°，叶片厚度为3mm 。
蜗壳隔舌角β0为350°，出口段扩散角为80°，叶轮进口流速为2.2m /s ，叶轮旋转角速度为1470r /m i n 。
2.流体区域的离散化离散化后的离心式叶片泵的二维网格图如图2所示。
网格由两部分流体区域组成：包围叶片的流体区域（叶轮区域）和蜗壳内的流体区域（蜗壳区域）两部分。
把包围叶片的流体区域作为旋转参考系来处理，两个区域被壁面边界分割开来。
离心式叶片泵内部流场的数值模拟Ab s t ra c tThis paper constructed the numerical mode l of tur bule nce flow f ield,a nd g av e nu me ric a lly simulated f low fie ld of blade machine with uent.The vector and pressure distribution of static and rotor blade is calculated.Through the simulation r e s u l t ,n u m e r i c a l s i m u l a t i o n m e t h o d c a n r e al ly r ef le c t the complicated ow of blade interior and can provide theory basis for the design and improvement of blade machine.沈阳航空工业学院曹国强吉林石油集团有限公司建设公司孙继栋庄河市蓉花山镇镇政府刘 建20074www.t .ne t年增刊55通用机械yjx 前沿技术Technology Advanced Technology 二、数值模拟计算采用经典的k －ε两方程模型，压力、速度耦合方程组的半隐式方法（SI M PLE 算法）求解，同时采用了SI M PLEC 修正方法，对动量、湍动能、耗散率控制方程的离散均采用二阶迎风格式。