离心泵流场数值模拟方法研究
FLG40-200离心泵内流场数值模拟及性能改善的开题报告
FLG40-200离心泵内流场数值模拟及性能改善的开题报告一、选题背景离心泵是工业生产中广泛应用的一种流体输送设备，其具有结构简单、效率高、运行稳定、维护方便等优点，是流体输送设备中重要的组成部分。
但是，离心泵内部流场的复杂性导致了一些问题，如压力脉动、振动、噪音等。
尤其是在高速运转或高流量输送的情况下，这些问题更加显著。
因此，研究离心泵内流场的特性及其改善措施，对提高离心泵的性能和应用效果具有重要意义。
二、研究内容和目的本研究以FLG40-200离心泵为研究对象，利用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法，建立离心泵的三维模型，模拟其内部流场的特性和变化规律，探讨影响流场性能的因素，进而提出改善措施。
研究内容包括：1. 建立FLG40-200离心泵的三维模型，包括叶轮、封盖、泵体等部件，并进行网格划分。
2. 运用CFD方法模拟离心泵内部流场，分析流线、速度、压力等参数的变化规律，揭示其内部流场的特性。
3. 探究流场性能影响因素，如叶轮轮毂楔形、叶轮叶片数目、进口管道设计等，分析其对流场的影响。
4. 提出改善措施，例如改变叶轮形状、优化进口管道等，以改善离心泵的性能和流场特性。
本研究旨在深入探究FLG40-200离心泵的内部流场特性，为离心泵性能的提高和应用效果的改善提供技术支持。
三、研究方法本研究采用计算流体动力学数值模拟方法，建立FLG40-200离心泵的三维模型，并对其内部流场进行模拟和分析。
具体步骤如下：1. 建立离心泵的三维模型，包括叶轮、封盖、泵体等部件，并进行网格划分。
模型建立的工具为SolidWorks和Ansys软件。
2. 运用CFD方法模拟离心泵内部流场，采用计算方法为ANSYS Fluent。
3. 根据模拟结果，分析流线、速度、压力等参数的变化规律，揭示其内部流场的特性。
4. 分析流场性能影响因素，如叶轮轮毂楔形、叶轮叶片数目、进口管道设计等，分析其对流场的影响。
5. 提出改善措施，例如改变叶轮形状、优化进口管道等，以改善离心泵的性能和流场特性。
离心泵进口回流流场及其控制方法的数值模拟
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（ ｅｅ ｒｈ Ｃ ｎｅ ｆ ｌｉ ｃ ｉｅ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｉ ｇｕ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｚ ｅ ｊ ｎ ， ｉｎ ｓ １ ０ ３ ｈｎ ） Ｒ ｓａｃ ｅ ｔ ｏ ｕｄ Ｍａ ｈｎ ｒ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎ ｅ ｈ ｏ ｙ Ｊ ｎ ｓ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎｉ ｇ Ｊａ ｇｕ２ ２ １ ，Ｃ ｉ ｒ Ｆ ｙ ｎ ｏ ａ ｔ ａ ａ
ｔ ｒｈ ｌ ｙ Ｔ ｏ ｅｒｃｒｕａ ｏ ， ｏ ｔ ｌ ｔ ｔ ｆｎｅｔ ｇｈｇ ｒｓｕｅｗ ｔ ｔ ｉ ｐ ｌ ｒ ｎ ｅ ｍｏ ｏ ｇ ． ｏｓｌ ｅｉ ｌ ｉ ａｃｎｒ ｒ ｅ ｏ ｉｊｃ ｎ ｉ ｐｅｓｒ ａ ｒ ｎｏ ｍ ｅｌ — ｘ ｐ ｏ ｖ ｃ ｔｎ ｏ ｓａ ｇ ｙ ｉ ｈ ｅｉ ｅｉ
离心 进 口回流 流场 及其 控 制 方 法 的数 值模 拟 泵
张金 凤 ，梁 赘 ， 建 平 ， 寿 其 袁 袁
（ 江苏大学 流体机械工程技术研究中心 ， 江苏 镇江 ２ ２ １ ） １０ ３
摘 要 ：在 小流量 工况 下运行 时 离心泵 叶轮进 口会 产 生进 口回流 现 象． 用标 准 ｋ一 湍 流 模 型 ， 采 应
ｃ ｎｙｗｔ ｄ ｆ ｅ ｔ ｎｅｔ ｎｐｅｓｒ ｅｅａａ ｚｄａ ｄｃｍｐｒｄ ｔｒｕｈ ｎ ｍ ｒ ａ ｓ ｌ ｉｎ ｈ ｉ ｃ ｉ ｉｅ ｎ ｉ ｃ ｏ ｒｓｕｅｗ ｒ ｎ ｌ ｅ ｎ ｏ ａｅ ｈｏ ｇ ｕ ｅｉ ｌ ｉ ａ ｏ ．Ｔ ｅ ｅ ｈ ｆｒ ｊ ｉ ｙ ｃ ｍｕ ｔ ｒｓｌｉｄｃｔｓ ｈ ｔ ｉ ｒｓｕｅｗ ｔ ｊ ｔ ｎ ｃｎ ｅ ｅｔ ｅ ｏｔ ｌｉｌ ｅｉ ｕａｉ ｎ ｍ ｒｖ ｅｕ ｉａ ａ ｈｇ ｐｅｓｒ ａｅ ｉ ｅ ｉ ａ ｆ ｃｉ ｌ ｃｎｒ ｎ ｔ ｃ ｃ ｌ ｏ ａ ｄｉ ｐｏｅ ｔｎ ｅｔ ｈ ｒｎ ｃｏ ｆ ｖｙ ｏ ｅ ｒ ｒ ｔｎ
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。
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。
离心泵流场的CFD模拟研究
然（ ｒ ｆ Ｉ ４ ｆ ｆ ｔ 济南 分 公 ｊ ， ｌ Ｉ Ｉ 尔
摘要 ： 理 解和 掌握 离心 泵 内部流 场 对其操 作 和稳 定性 有 存
重要 的 意 义 本 文利 用 ＣＦ Ｉ ） 方法结 合 多参 ： 予系（ ＭＩ Ｆ ） 方法 对
离 心 泵 内 部 流 场 进 行 故 值 馍 拟 研 究 通 过 分 析 离心 泵 静 压 和
ｇ ａ ｔ ｎ ｌ Ｉ 软 件对 其进 行 仃 元非结 构 恪 划分 ， ｌ 冬 ｌ ２ 所求。ｊ ｆ １ ， 总 教 大约 为 乃５ ０ ０ ０ ０ 。入¨ Ｈ ｊ ｌ ｉ 边 界 条什 胃均 为 Ｉ ｆ 集流 器 ， 叶轮 Ｉ 及蜗 先【 ｉ Ｉ ｌ Ｉ 流体 为肺
济南
２ ５ ０ ０ ０ ０ ）
Ｉ 叶轮 旋转 过程 中叶 ＂、 轮 缘 及轴 ＝ 良 以特 定的述 旋转 ， 而
管道 ｌ 羊 ｌ Ｊ 护 是 同转 ， 所以电 芝 个计弹域 可 ｝ 见 为
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考系。Ｉ ｌ Ｉ 此可知， 采Ｈ Ｊ 影参 考系（ ＭＩ ｛ ¨ 法求 分析 旋转 部 分的 流 动特 址 常 有 效的 。所 以 小文 埘离心 式鼓 风 ｛ ￣ ］ Ｌ ｌ ｆ ９ 摸ｆ ｆ Ｉ 呆
Ｊ １ １ ＭＲ Ｆ办法 。
流体速 ， 乏矢量 可 以发现 ， 离心 采荭蜗 舌 附近容 易发 生 回流 ， 从 而对蜗 壳和 泵体本 身造 成 Ｐ 击 分析其现 象发现 ， 这可能 是 由
于蜗 舌 和 叶 轮 的 间距 较 大 造 成 的
３计算
程 的流
分析
关键词 ： 离心采： 故 值模拟： 计算流体 力学 离心 油化 Ｉ 领域 有荷 ｒ 乏 的 应 ， ７ ｏ ｆ ｔ
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。
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
一、课题背景
液固两相流离心泵是一种广泛应用于化工、轻工、环保等领域的设备，其主要功能是将高纯度、低浓度的悬浮固体物料输送至目标容器中。
离心泵作为一种传动压力更大，精度更高的设备，广泛应用于化工生产过程的悬浮液、乳化液、填料液、废水等的管道式输送。
而开展基于数值模拟技术的固液两相流动研究，对于提高离心泵的性能和对机理的深入认识具有重要的意义。
二、研究目的
本次研究旨在通过对离心泵内部流场进行数值模拟，分析悬浮物料在叶轮内的运动规律，探究流场特性对离心泵性能的影响因素及其内在机理，在提高悬浮物料输送效率和泵的稳定性等方面进行探究。
三、研究内容
1.建立固液两相流离心泵的数学模型，探究泵的叶轮、前后盖板、泵壳等部位的紊流特性以及固相颗粒在泵内水动力场中的运动轨迹和浓度分布规律；
2.采用计算流体力学（CFD）方法对离心泵内部流场进行数值模拟，分析和对比不同工况下流场的变化规律，揭示流场特性对泵的性能的影响因素及机理；
3.结合实验数据，对模拟结果进行验证，评估离心泵的性能，提出提高泵性能的方案和措施。
四、研究意义
1.深入了解离心泵内部流场特性和固相颗粒在流场中的运动规律，从理论上认识固液两相流动和输送机制，为优化设备的基础研发提供理论依据；
2.科学分析和评估离心泵性能的变化规律，为工程实际应用提供参考，优化设计和工艺参数；
3.扩展离心泵的应用领域，为提高化工、环保等领域固液分离和传输效率提供帮助。
离心泵数值模拟基本方程和定解条件
离心泵数值模拟基本方程和定解条件
离心泵的数值模拟基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。
1. 连续性方程：
离心泵的连续性方程描述了流体在泵内的质量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
(ρA)/t + div(ρAv) = 0
其中，ρ是流体的密度，A是流体的流通截面积，v是流体的流速。
2. 动量方程：
离心泵的动量方程描述了流体在泵内的动量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
ρ(?v/?t + v·grad(v)) = -grad(p) + ρg + ∑Fi
其中，p是流体的压力，g是重力加速度，Fi是外力的合力。
3. 能量方程：
离心泵的能量方程描述了流体在泵内的能量守恒关系。
它可以用以下公式表示：
(ρE)/t + div(ρEv) = -div(q) + ∑(Fv)
其中，E是流体的总能量，q是流体的热流量，Fv是流体受到的体积力。
在数值模拟中，以上方程需要与一些边界条件和初始条件相结合以形成一个定解问题。
例如，可以设定进口和出口的流量、压力或速度，以及泵的初始状态等。
需要注意的是，由于离心泵是一种工程设备，其中涉及的设计参数和具体情况较为复杂，所以数值模拟时通常会根据具体情况和实际需求进行适当的简化假设和边界条件的设定。
如果有具体的工程问题，建议咨询专业领域的工程师或研究人员进行详细的讨论和分析。
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。
离心泵内部流场三维数值模拟的开题报告
离心泵内部流场三维数值模拟的开题报告一、选题背景离心泵是一种普遍应用于各种流体输送中的重要泵类。
为了更好地研究离心泵的流场特性及性能，提高离心泵的输送效率和运行稳定性，需要对离心泵内部流场进行三维数值模拟，以获得更全面和准确的流态信息和性能数据。
本文的选题意义在于探究离心泵内部流场的三维数值模拟，为离心泵的性能优化和设计改进提供重要参考和方向。
二、论文内容本文将通过建立离心泵的三维几何模型，采用计算流体力学（CFD）方法，对离心泵内部流场进行三维数值模拟，研究其流态特征和性能。
主要内容包括以下几个方面：1. 离心泵的几何模型建立：通过三维建模软件建立离心泵内部几何模型，并进行网格划分，以便进行后续的数值模拟分析。
2. 数值模型的建立：建立离心泵的数值模型，采用数值方法求解流场中的运动方程，以及速度、压力等关键参数。
主要采用流体动力学（CFD）方法进行求解，运用不同的求解方案、求解方法和求解器，对离心泵内部不同工况下的流场进行三维数值模拟分析。
3. 数值模拟分析：通过数值模拟软件对离心泵内部流场进行分析，主要关注离心泵内部流场的流态特征、速度分布、压力分布等参数，了解离心泵的运行状态，并深入探究不同工况下的流场特性及其影响因素。
4. 结果分析与讨论：通过对不同工况下的数值模拟结果进行比较分析，探究不同工况下流场的特性和性能数据变化规律。
同时，通过对比理论计算结果和实测数据，验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为离心泵的设计优化和性能提高提供科学依据和参考数据。
三、研究意义离心泵是一种广泛应用于各种流体输送领域的重要设备，其性能及输送效率对应用过程的安全和稳定运行起着至关重要的作用。
通过对离心泵内部流场进行三维数值模拟，可以更全面、准确地了解其流态特性和性能数据，为离心泵的设计优化、性能提高和应用领域拓展提供科学依据和参考数据。
四、研究方法本文采用计算流体力学（CFD）方法，通过建立离心泵的三维几何模型，对其内部流场进行数值模拟分析。
离心泵内部流场的数值模拟研究
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２ ０ １ ３生
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（ ３ ）添加 固定 导叶 后 ， 虽 然效 率有所 提 升 ， 但 并不
［ ６ ］ 刘建龙 ， 陶爱忠 ， 孙 建伟 ， 等． Ｃ Ｆ Ｄ在 大 型 潜 水 贯 流 泵 装 置 优 化 设 计 中的 应 用［ Ｊ ］ ． 人民长江， ２ ０ １ ３， ４ ４ （ １ ） ： ６ ４— ６ ８ ． ［ ７ ］ 徐 洁， 谷传刚． 长 短 叶 片 离心 泵 叶 轮 内 部 流 动 的数 值 计 算 ［ Ｊ ］ ． 化 工 学报 ， ２ ０ ０ ４， ５ ５ （ ４ ） ： ５ ４ １ —５ ４ ４ ． ［ ８ ］ 刘文明， 金仲 康 ， 郑 源， 等． 大 型 供 水 泵 站 数 值 模 拟 及 水 力 优 化 ［ Ｊ ］ ． 排 灌 机械 ， ２ ０ ０ ９， ９ （ ５ ） ： ２ ８ １— ２ ８ ６ ． ［ ９ ］ 冯俊 ， 郑源 ， 李玲玉． 超低 水 头 竖 井贯 流 式 水轮 机 三 维 湍 流数 值 模 拟［ Ｊ ］ ． 人民长江， ２ ０ １ ２， ４ ３ （ ２ １ ） ： ８ ５—８ ８ ． ［ １ ０ ］ 王宏伟 ， 刘小兵 ， 曾永忠． 长短 叶 片 混 流 式 水 轮 机 转 轮 的 三 维 几 何建模［ Ｊ ］ ． 水 电 能 源科 学 ， ２ ０ １ ０ ， ２ ８ （ ３ ） ： ｌ ２ １一ｌ ２ ３ ．
中图法分类号 ： Ｔ Ｖ ７ ３ ４
离心泵 是一 种 高扬 程 水 泵 ， 叶轮 和 导 叶 又 是离 心 泵 中重要 的过 流部件 。叶轮将 原动 机 的机械 能直 接传 给液体 ， 以增加 液体 的静 压能 和动 能 ， 而 导 叶是离 心泵 的转 能装 置 ， 它 的作 用 是 将 叶 轮甩 出来 的液 体 收 集起 来， 使 液体 的流速 降低 ， 把部 分 速 度 能 转 变 为压 力 能 ， 其水 力性 能 的提高 对 于提升 离心 泵效率 具 有十分 重 要 的意 义 。近 年来 Ｃ Ｆ Ｄ分 析 技术在 风 机 、 水泵 等 许 多 工业 领 域 得 到 了广 泛 应 用 ， 同 时 也 得 到 了 逐 步 完 善 。另外 将 Ｃ Ｆ Ｄ用于 泵体 内流 场 的数值 模 拟 ， 已经 成 为泵优 化设 计 的重要 方法 。大 量 的工 程实 践 证 明， 数值模 拟 结果 是 可靠 的 。本 文通 过 为 某 型 号 离 心泵 添加 固定 导 叶 ， 然后 基 于 Ｃ Ｆ Ｄ仿 真技 术 ， 对 泵 体 进行 了流场模 拟 ， 并 将 添 加 导 叶 前 后 的仿 真 效 果 与 实
刘厚林泵网 基于CFX的离心泵内部流场数值模拟
网 .com 图15 创建计算域界面 泵 u 3.6 指定边界条件 i 单击 Boundary 图标，选择计算域，在 Basic Settings 中选择边界类型和位置，在 Boundary Details 中 刘w厚ww林.pumpl 设置相应物理量值。离心泵模拟中边界条件一般选择压力进口和流量出口或者流量进口压力出口。
STEP 格式），将离心泵造型导入 ICEM，如图 3 所示。
om 图 3 导入几何模型界面 网 .c 2.2 修整模型 泵 u 单击 Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置 Tolerence，然后单击 Apply，如图 4 所示。 i 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 = 林 l 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 刘w厚ww.pump 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。
网格划分过程如图 2 所示。
图 2 ICEM CFD 网格划分过程
1
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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江苏大学 FP 工作室创作
2.1 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
刘厚林泵网
4.3 矢量图 单击 vector 图标，绘制矢量图。如图 24 所示。
长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究
ｒｔ ． ｄ ａ ｏ ｉ ｃｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｄｖ ｒ ｅ ｃ ｅｗ ｅ ｈ ｒ ｎ ｆ ｈ ｏｈ ｍｅｈ ｄ ｓｉ ｃ ｅ ｓｎ ． ｎ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｏ ｅａ ｉｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ａ ｅ Ａｎ ｓ ｆ ｗ ｒａ ｅ ，ｈ ｉｅ ｇ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｄ ｏ ｅ ｂ ｔ ｔ ｏ ｓｉ ｎ ｒ ａ ｉｇ Ｉ ｈ ａ ｐ ｒｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ， ｌ ｎ ｅ ｔ ｎ ｉ ｔｅ ｒ ｌｔ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｅ ｔｒｄ ｒｃ ｉｎ ａ ｄ ｆ ｗ ａｔｒ ｎ ｔｅ ｌ ａ－ ｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ｔ ｈ ｅａ ｉ ｅｏ ｉ ｖ ｃｏ ｉ ｔ ｎ ｏ ｐ ｔ ｎ ｉ ｈ ｅ ｆｂ ｄ ｒ ｏ ｓ ｔ ｎ ． ｖ ｙ ｅ ｏ ｌ ｅ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌｎ ｎ ｈ ｒ ｂａ ｅ ； ｅ ｔｉ ｇ ｌｐ ｍｐ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｇ ａ ｄ ｓ ｏ ｔ ｌｄ ｓ ｃ ｎｒｆ ａ ｕ ； ｕ ｒ ｌｓ ｕ ｃ ｍｕ ａｉ ｏ
Ｓ ｕ ｎ Ｔｈ ｅ － ｉ ｎ ｉ ｎａ ｔ ｄｙ ｏ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ｌＮｕｍｅ ｉ ａ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｆ Ｔｕｒ ｌｎｔＦｌ ｗ ｎ ｈ ｒｃ ｌＳｉ ｌ ｔｏ ｏ ｂｕ ｅ ｏ ｉ ｔ ｅ Ｃｅ ｔ ｉｕｇ ｌＰｕ ｐ 、ｉｈ Ｌｏ ｄ Ｓｈ ｒ ａ ｓ ｎ ｒｆ ａ ｍ ｖｔ ｎｇ ａｎ ｏ ｔＢｌｄｅ
ｆｒｓｕ ｙ ｎ ｅ ｉｔｒ ａ ｆ ｗ ｆ ｌ ． ｏ ａｅ ｔ ｅｅ ｔｒ ａ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃｏ ａ ｃ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｔ ｈ ｘｅ ｎ ｌ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｆｔ ｅ ｏ ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｎ ｅｎ ｌｌ ｉ ｄ Ｃ ｍｐ ｒ ｘ ｅｎ ｌ ｈ ｒｃ ｅｉｔ ｆｃ ｌｕ ａｉ ｅ ｕｔ ｗｉ ｔｅ ｅ ｔ ｒ ａ ａ ａ ｔｒ ｔ ｏ ｈ ｏ ｅ ｈ ｉ ｏ ｓ ｈ ｃ ｓｃ ｈ
离心泵叶轮流场数值模拟研究
离心泵叶轮流场数值模拟研究一、前言离心泵是一种常见的机械设备，广泛应用于水处理、石油化工、空调等领域。
其中，离心泵叶轮是其重要部件之一，其性能对整个离心泵的性能有着至关重要的影响。
因此，对离心泵叶轮进行流场数值模拟研究，进一步优化其设计是非常必要的。
二、离心泵叶轮的结构和工作原理离心泵叶轮是离心泵的核心部件之一，其结构通常由叶片、叶片轴等部分组成。
离心泵叶轮是通过电机的旋转带动液体呈离心运动，从而产生往前的推力，将液体输送至出口。
离心泵叶轮的运行状态对离心泵的性能有着至关重要的影响。
三、离心泵叶轮流场数值模拟研究离心泵叶轮的流场数值模拟研究可以帮助我们深入了解离心泵叶轮内部的流体运动规律，进而对离心泵叶轮的设计做进一步的优化。
1.数值模拟方法利用常见CFD（计算流体力学）软件，如ANSYS CFX、FLUENT等，可以对离心泵叶轮流场进行数值模拟。
数值模拟方法涉及到的关键参数包括离散格式、网格生成、边界条件等。
其中，网格生成对数值模拟结果影响较大，因此需要注意生成网格的密度、精确度等因素。
2.数值模拟结果离心泵叶轮的流场数值模拟结果通常涉及流速分布、压力分布、流动轨迹等参数。
通过这些参数，可以对离心泵叶轮的性能进行分析和评价。
另外，数值模拟结果还可以指导离心泵叶轮的改进设计。
四、离心泵叶轮流场数值模拟的应用离心泵叶轮流场数值模拟的应用范围广泛，主要涉及以下方面：1.离心泵叶轮的设计和优化流场数值模拟可以帮助我们深入了解离心泵叶轮内部的流体运动规律，即可对离心泵叶轮的设计和优化提供理论基础。
2.离心泵叶轮的性能评估根据数值模拟结果，可以对离心泵叶轮的性能进行评估分析，指导制定更为科学合理的使用方案。
3.离心泵的研究和开发离心泵是研究和开发的对象之一，通过离心泵叶轮流场数值模拟研究，可以为离心泵的研究和开发提供重要的参考依据。
五、结语离心泵叶轮的流场数值模拟研究可以为离心泵的设计和优化提供理论基础，加速离心泵产品的研发和应用。
新型自吸离心泵数值模拟及试验研究
Ｓ弯 管 、 叶轮 、 腔 、 流器 、 心 采 体 、 Ｉ 各过 后 导 离 ｆ 等 流 部件 网格 尺寸 分 ｝ 采 用 ５ ０ ２ ５ １ ２ １ ８ ２ ５ ； ０ ． ， ． ， ． ， ． ， ．
４ ２ ５ ０ Ｆｍ， 应 的 网 格 数 分 圳 ． ，． ｉ 相 ｌ １９ ０ ． ０ ０ ｌ
１ ８ ０ ０， ５ ０， ０， ３８ ０ ０， ２００ Ｉ ４ ０ ０， ３ ０ ６ ２ ００ ４１００ ２ ０ ３３ ０， ０ ３
应 用于各 种 苗 圃、 园和草坪 灌溉 ， 可用 于城市 绿 菜 也 化、 降温 除 、 建筑 供 水 以及 渔业 捕 捞 领 域 ． 水 灌 节 溉 系统 中的 自吸离心 泵 性 能 的优 劣 、 运行 的可 靠 性
ｌ
ｏ ｒ ａ ｆＤｒ ｉ ａ ｅ ａ ｄＩ ｒ ｇ ｔｏ ｃ ｉ ｅ ｙＥｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｊ ｕ ｎ ｌ ａ ｎ ｇ ｎ ｒ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍａ ｈ ｎ ｒ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｏ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １７ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ．６ ４—８ ３ ．０ １０ ． ０ ｓ ５ ０ ２ １ ．６ ０ ５
试 验 结果 比较 ． 数值 模拟 结果 表 明 ： 带导流 器的射 流 式 自吸 离心泵 的 内部 流 场速 度 矢量 分 布趋 于
平稳 ， 新型 导 流器 的两 个 出 口压 力分布 均 匀， 流 道 内的 压 力近 似 对称 分 布 ， 各 泵在 设 计 点数 值 模
拟计算扬程 比试验扬程提 高６ ９ 数值模拟计算效率 比试验效率提 高０ ５ ， ．％， ． ％ 数值模拟预测的 性能曲线与试验性能曲线趋势一致． 试验结果表 明： 带导流器的射流式 自 离心泵的性 能曲线稳 吸 定、 坦 ， 平 高效 率 区范 围宽 ， 项技 术指 标 满足设 计要 求 ， 泵的 效率 比 国外 同类型相 同参数 泵 的 各 该
基于CFX的离心泵全流场数值模拟研究
盖之 间 的前 后 腔 体 的流 体 域 ， 计 算 模 型 巾 对离 心 泵进 出 口做足 够 的延伸 。
２ ． ２ 网格 生成
将 计算域模型 导入 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｃ Ｆ Ｘ前 处 理 软 件 Ｉ Ｃ Ｅ Ｍ— Ｃ Ｆ Ｄ进行 网格 剖分 。 由于 叶轮采 用 扭 曲 叶 片 以 及蜗 壳 结 构 较 为 复 杂 ， 因 而 全局 采 用 适 应性 较强 的四面 体 网格 划分 技 术 ， 并 检 查 网格 质 量 ， 网 格质 量符 合计 算要 求 ， 全 流场计 算模 型 网格 如图 ３
４ ） 在０ ． ８ Ｑ 流 量 况 下 靠 近 隔舌 部 位 的 叶轮
～ 流道 出现 旋 涡 及 低 速 区 ， 随着 计 算 流 量 的 增 大这
栅 彻 螂 晰 粕
（ Ｓ 一 ） ， 解法采用 全隐式多网格耦 合求解技术 ，
壁 面求 解 采 用 Ｓ ｃ ａ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ Ｗａ ｌ ｌ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ 。在 迭 代
心泵进行 全流场定 常数 值模拟计算 ， 对 比分 析数值模拟计算 和性 能试验测得 的流量一 扬程 、 流量一效率 及流量一 功， 牢等 特性 曲线 ； 对小 流量 、 设计 流量和大流量 ３ 种＿ ［ 况下 的数值模 拟计算获得 的中间截面流线 的结果进行分 析研 究 ， 揭 示了其
内部 流动的主要特征 ； 同时预测了泵的水力性能 ， 并与性 能试验结果进行 了对 比分析 ， 结果表明数值模拟 计算 预测 趋势 与
２ 数值模拟计算
２ ． １ 模型 建 立
靠、 操作维护方便等特点 ， 目前广泛应用于工农业
生 产 的各 个部 门。鉴 于通 过 实验 手段 测 量获 得 离 心 泵 内流 场 比较 困难 ， 以及 开展 实 验 研 究 需 要 高 额投 入 。与 之 相 反 的是 ： 内流 场 数 值模 拟 不 仅 成 本低 ， 而 且能 快捷 地 实现 多 方 案的分 析 比较 优化 ， 借 助 于后 处理 软 件 ， 还能 获 得离 心泵 外 特性 ， 以及 较 准确 的湍 流 详 实信 息 ， 如 涡量 、 湍动能 、 耗 散 率 等 。数 值 模 拟 已成 为 开 展 离 心 泵 研 究 的重 要 手 段， 并在 近 几 十年 中得 到快 速 发展 ， 离 心泵 内部 流 动 的数 值模 拟 也 从 最 初 的无 粘 性 流 动 ， 发 展 到 现 在 的 考 虑 粘 性 的 全 三 维 粘 性 流 动” ・ － ． 。本 文 采 用 对 泵类 适 用 较 好 的 商 用 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ — Ｃ Ｆ Ｘ对 离 心
基于计算流体力学的离心泵内部流场模拟与优化
基于计算流体力学的离心泵内部流场模拟与优化离心泵作为一种常用的流体传动设备，广泛应用于工业生产中。
然而，离心泵的设计与优化仍然是一个复杂而关键的问题。
基于计算流体力学的离心泵内部流场模拟与优化成为了研究的重点。
本文将探讨离心泵内部流场的模拟方法和优化技术，以期为离心泵的设计与改进提供一定的参考。
一、离心泵内部流场模拟方法离心泵内部流场的模拟方法多种多样，其中基于计算流体力学的方法被广泛应用。
通过对离心泵内部流场的数值模拟，可以有效地获取流体速度、压力、温度等参数，并分析其分布规律以及与泵性能的关系。
在离心泵内部流场模拟中，最常用的是求解雷诺平均Navier-Stokes方程。
通过将流体流动视为连续介质，在空间和时间上离散化处理，可以利用有限体积法、有限元法等数值方法来求解这些方程。
另外，还可以利用计算流体力学软件（如ANSYS Fluent、OpenFOAM等）进行离心泵内部流场的数值模拟。
这些软件具有强大的建模和求解能力，能够较为准确地预测泵的内部流场。
二、离心泵内部流场模拟的目标离心泵内部流场模拟的目标是获取泵的性能参数，如扬程、效率等，并分析其分布规律。
通过模拟可以评估离心泵的工作状态，进而指导泵的设计与改进。
1. 流动分布和速度分析：通过模拟可以了解流体在离心泵内部的流动状态和速度分布情况，以及在不同工况下的变化规律。
这对于理解离心泵内部流动机理和识别可能存在的问题十分重要。
2. 压力分布和动态特性分析：通过模拟可以得到离心泵内部的压力分布，从而分析泵的压力特性以及不同工况下的变化。
同时，还可以了解泵在不同工况下的动态特性，包括压力脉动、振动等。
3. 效率和扬程分析：通过模拟得到的性能参数，如流量、扬程等，可以对离心泵的效率进行评估。
同时，还可以通过变换泵的内部结构和叶轮设计来优化泵的扬程性能。
三、离心泵内部流场模拟与优化离心泵内部流场模拟与优化是一个相互关联的过程。
通过对离心泵内部流场的数值模拟，可以发现潜在的流动问题，并进行相应的优化。
开式离心泵全流场数值模拟
体积 采用 六 面体 网格 ， 蜗壳 和 叶轮 采 用适 应 性 很 强 的 混合 网格 ， 查 网格 质 量 。经 检 查 ， 检 网格 的 等 角 斜 率 和等 尺斜 率都 小 于 ０ ８ ， ．５ 网格质 量 良好 。 ２ ３ 计算 求解 ． 采 用标 准 一ｓ湍流模 型 ， 力 和速度 的耦 合采 用 压
ＳＭＰ Ｅ算 法 。压 力 方 程 的离 散 采 用 标 准 格 式 ， 量 Ｉ Ｌ 动
（ ） ０５ ａ ． ｍｍ轴向间隙 （ ） ０７ ｍ ｂ ．５ ｍ轴向间隙
方程 、 动能 和耗 散率 输 运 方 程 的 离散 采 用 二 阶迎 风 湍 格 式 。在 迭代 计算 的过程 中 ， 过监 测 残 差 判 断 计 算 通 是 否 收敛 ， 敛 精 度 为 １ 。。为 加 快 收 敛 ， 用 欠 松 收 ０。 采
１ 所示。全流 场计算 模 型如 图 ２所示 ， 括 叶轮 、 包 蜗
壳 、 后 腔体 及 环 状 体 积 （ 轮 和 前 后 腔 体 通 过 环 状 前 叶 体 积 与蜗 壳 相 连 接 ） 。计 算 中 ， 泵 进 出 口做 了 足 够 对
的延 伸 。
果进 行分析 ， 出随着轴 向间隙 的增 大 ， 得 开式 离心泵
图 ２ 泵 计 算 模 型 示 意 图
Ｆ ｇ ２ Ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｉ ． ｈ ａｃ ｌｔｏ ｄ ｌ
２１ ０ ０年 ６月
２ ２ 网格 生成 ．
农 机 化 研 究
第 ６期
采用 Ｇ ＭＢＴ软件 进 行 网格 划 分 ， 后 腔 及 环 状 Ａ Ｉ 前
法 ， 用 ＦＵ Ｎ 采 Ｌ Ｅ Ｔ软件 对 轴 向 间 隙 分别 为 ０ ５， ． ５， ， ． ５和 １ ５ ｍ 的开式 离心 泵 进 行 全 流 场 数 值 模 拟 ， 算 ． ０ ７ １ １２ ．ｍ 计 时 采 用雷 诺 时 均 方程 和 标 准 ｋ— 湍 流 模 型 ， 用 ＳＭＰ Ｅ算 法 ， 比分 析 泵 内部 静 压 力 和 速 度 ， 析 轴 向 间 隙对 应 Ｉ Ｌ 对 分 开 式 离心 泵 内流 场 、 空化 性 能 、 程 及 效率 的影 响 ， 出随 着轴 向 间隙 的增 大 ， 扬 得 开式 离 心 泵 的抗 空 化 性 能 、 扬程 和
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
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280 17 961 568 978
w. 道 压差/Pa
569 550
571 857
568 956
566 027
561 482
551 017
t 扬 程 / m
53. 31
53. 53
53. 26
52. 99
52. 57
51. 59
ce 》 参考文献
d.[ 1] c [ 2 ] om [ 3]
关凡醒 . 现代泵 技术手 册[ M] . 北 京: 宇航 出版社 , 1995. 9. 扬方飞 , 林洪义 . 泵 叶 轮扭 曲 叶 片 三维 实 体 造 型[ J] . 水 泵 技 术, 2002( 1) : 30-32. 戴玉姝, 王霄, 蔡兰. 离心泵叶轮扭曲叶片参数化实体造型方
设 量, 合理的 数量 既 可 以 得 到 满 意 的 模 拟 结 果[ 6] , 而 备 且也可节省资源, 提高效率。
www.tced.与co管m 道》 图4 离心泵CFD模型网格图
式中 l 湍 流 长度 尺 寸, l = 0. 7L, 可 按 水 力 半 径 通过关联尺寸计算。其中, I 为湍流强度, u 为入口 处的平均速度, L 为特征长度( 在 本文中取 值为入 口 管道的直径) , R 由 u 和 L 计算而得。
法探讨 [ J] . 22 ( 1) : 20 -22 .
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[ 5 ] 郝一舒 , 王德 斌, 杨 玮 玮 . 基 于 NURBS 的 整体 叶 轮 建 模 技 术
ww 管 离心泵是重要的流体输送设备, 在各行业的应 . 道 用很广。随着计算机 技术 的发 展, 离 心泵 的设 计 已 tc 》 从传统的经验设计向 CFD( 计算流体力学) 及其实 e 验验证相结合的设计 方式 过渡, 这对 于设 计界 来 说 d 无疑是一项重大的 革新。 在实 际 应用 中, 工程 技 术 . 人员对离心泵的检测 仍需 依靠 设 备检 测, 只是 在 管 c 路和流体机械本身的运转过程, 可以 借助 CFD 技 术 om 来预测故障发生的原因。对离心泵数值模拟方面的
量对离心泵内流场不同程度的影响, 另外根据模拟
界, 取粗糙度为 0. 125。
各种流量 时 的工 况, 得 出 了流 量 和扬 程 曲线 ( 见
采用标 准 k-ε模 型时, 在设 置入 口边 界条 件 的
图 7) 。
各 项 参 数 时 , 还 需要 对 湍 动 能 k和 耗 散 率 ε进 行 定
2010 年 10 月
很多文献可以参考[ 2-5] , 这里就不详述。离心叶轮实 体和蜗壳实体的 CFD 模型见图 2, 图 3。
研究, 国内外已发表了很多学术文献, 但是还有很多
方面需要不断地进行深入分析研究。
1 离心泵结构介绍和 CFD 模型
图 1 离心泵结构示意
1. 吸入室; 2. 叶轮; 3. 无叶环流空间扩散室; 4. 蜗壳型集水室; 5. 扩散室
3 模拟结果分析
离心泵内流体数值模拟, 有关文献指出, 我们可
以根据模拟结果得到 离心 泵扬 程、轴 功率 和效 率 的
计算公式如下[ 9-1 0] :
( 1) 扬程 H 计算公式
H=
p珋out ρg
p珋i n
+
h
( 4)
p珋out 为离心泵出口单位质量平 均压力, p珋in 为离 心 泵入口单位质量平均压力, h 为离心泵出口平面与
2 网格划分及边界条件
《 离心泵数 值 模 拟 中 的 第二 步 工 作 就 是 将 CFD 化 模型进行网格离散 ( 见 图 4) , 因 为三 元叶 轮结 构 比
较复杂, 目前应用最多的就是非结构化网格, 也有很
工 多人在尝试用结构化网格进行蜗壳部分的划分。在
划分网格时我们应根据计算资源选择合理的网格数
fundamental methods and procedures in simulation were also presented. What described herein can be referenced to designers and engi-
与 neers. w Keywords: centrifugal pump; numerical simulation; CFD; engineering application
在本次数值模拟中没有考虑叶轮前后盖板, 所
工 出口处达到最大值。而 速度在叶轮内 部的分布 为进 以轴功率和离心泵的 效率 在此 不 予计 算, 只给 出 扬
设 口处速度较低, 在叶轮出口处 速度达到 最大, 当 流体 程的计算结 果 和 性 能 曲 线。表 1 中 进 出 口 压 力 是
到达蜗壳出口的时候, 速度降到最低, 这刚好验证了 Fluent 模拟结果中直接输出的结果。
[ 8] [ 9]
应用[ J] . 化 工设备 与管 道, 2009, 46 ( 5) : 46 -48. 王福军 . 计算流 体动力 学分 析[ M] . 北 京: 清华大 学出 版社. 董晓岚 . 离心泵 内 部 非 定常 速 度 场 数值 研 究 [ J] . 石 油 机械 , 2009, 37 ( 4) : 45 -48 .
η) 曲线等, 从而指导优化设计。
杂的三维非定常流动, 但在目前非定常计算很难实
从泵内流场的模拟结果中, 我们可以得到离心
现, 并且模拟时间长, 资源要求高, 很多研究表明, 利
泵内任意一点或任一截面上的流体流动情况, 在这
用瞬时定常流动代替非定常计算, 能很好地预测离
里我们仅取 z = 0 截面作为研究分析 对象, 提取压 力
无关, 但给定一个合理的初始值对于促进计算的收
敛是有益 的。湍 动 能 及 湍 流 耗 散 率 按 以 下 公 式 计
算 : [ 7-8 ]
湍动能 k = 3 u珔I2
( 1)
2
κ3
湍流耗散率
3
ε= Cμ4
2 l
( 2)
图 3 蜗壳实体和 CFD 模型
湍流强度
I = 0. 16(
Re)
-
1 8
( 3)
通 过 分 析 研 究 离 心 泵 的 结 构 、建 模 方 法 、网 格 划
Ser. Transp. Eng. 2006, 34( 1-2 ) : 59-68. [ 7 ] 姜小放 , 曹西京 , 司 震 鹏. FLUENT 技 术 在 工业 管 道 设 计中 的
分及数值模拟方法等几 个方 面, 介 绍了 离心 泵 CFD 模拟的流程, 这是实际应用和运用数值模拟方法进 行试验研究离心泵性能的一种有效手段, 它不仅可
《 Study of Numerical Simulation Method for Flowing Field in Centrifugal Pump 化 JIANG Xiao-fang1, XU Ming-li2
( 1. Xian Oriental group Co. , Ltd, Xian 710043, China; 2. School of Material and Chemical Engineering,
工Xian Technological University, Xian 710032, China)
设 Abstract: In order to systematically analyze centrifugal with numerical simulation, in this paper, the structure of centrifugal pump 备 and the methods of building analytical model, mesh classification and numerical simulation were described in detail. In addition, the
图 2 离心叶轮实体和 CFD 模型
收 稿日期 : 2010-03 -23 作 者简介 : 姜小放 ( 1978 —) , 男, 陕西礼 泉人 , 助 理工 程师, 硕士 研究
生。研 究方向 : 机械 CAD 与仿真 技术 。
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化工 设 备 与 管 道
第 47 卷第 5 期
义, 虽然数值计算最终 的收 敛 解与 k 和 ε的初 始 值
4 结束语
图 7 流量与扬程曲线
[6]
[ J] . CAD / CAM 与制 造业信 息化, 2009( 2 ) : 85-86. Corneliu BERBENTE, Irina Carmen Andrei. Special Topics on Map Meshing in Turbomachinery [ J] . Periodica Polytechnica
采用 MRF 技 术 模拟 离 心 泵 的 旋 转。 进 口 选 择 “速
根据数值模拟结果, 我们就 可以得 到流量-扬 程
度”进口, 出口选择 自由流 出 ( outflow) , 也 有很 多 文
( Q-H) 曲 线, 流 量-功 率 ( Q-N) 曲 线, 流 量-效 率 ( Q-
献在出口处用压力出口。离心泵内的流场是非常复
备 表 1 离心泵不同工况扬程计算
项目
数值
与 流 量 / ( m3·h-1 ) w 进 口总压 /Pa w 管 出口总压 /Pa
100 33 491 603 041
120 32 797 604 654
160 27 508 596 464
200 25 342 591 369
240 21 941 583 423
1.1 离心泵简介 离心泵的的通 流部 件包 括: 吸入 室、叶 轮、无 叶