离心泵内部流场的数值模拟研究
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方程 以及 方 程 。这些方 程 在非 常多 的文献 中均 有说
效 率提 升方 面 的研究 提供 理论 支持 。
１ 几 何 建 模
根 据 叶轮 的轴 面截 线 图和 包 角 图 ， 导 叶截 线 和包 角 图及 所要 分 析 的实 体 泵 型 的 各 种 参 数 （ 如叶轮数 、
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ９— ２ ６
３ 网格划分与边界条件设置
本文 以某 型号 离 心泵 为研 究 对 象 ， 介 质 为 单 相 清
水（ 密 度为９ ９ ８ ｋ ｇ ／ ｍ ）。 其设 计 参数 如下 ： 流 量 Ｑ为
基金项 目： 国 家 自然 科 学基 金 （ ５ １ ２ ７ ９ １ ７ ２ ） ； 四川 省 共 建流 体 及 动 力机 械 重 点 实验 室 学 术 成 果 培 育 项 目（ Ｓ Ｂ一 ２ Ｄ Ｐ Ｙ一１ １ — ３ ） 作者简 介： 郭傲辉 ， 男， 硕士研究 生， 主要 从 事 流 体 机 械 方 面 的 应 用 研 究 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： １ ７ １ ７ ８ ６ １ ７ ５ ９ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
第４ ４卷 第 ２ ３期
２ ０ １ ３年 １ ２月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ４． Ｎｏ ． ２ ３
Ｄｅ ｌ ２ ．， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ３— ０ ０ ８ ６— ０ 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
显增大 ， 液流流动更加均 匀， 效率也得到大幅提升 ， 而 且 与 实验 结 果 也 比 较 吻 合 。 研 究 结 果 进 一 步 验 证 了仿 真
百度文库
模拟 的可靠性 ， 同 时也 为 实体 泵优 化 和 进 一 步提 升 效 率研 究提 供 理 论 参 考 。
关 键 词 ： 固定 导 叶 ；Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ； 标 准 ｋ—ｓ模 型 ；数值 模 拟 ；离 心 泵 文 献 标 志 码 ：Ａ
摘要 ： 计算流体 （ Ｃ Ｆ Ｄ） 技 术 已经 成 功 地 运 用 于 离 心 泵 内部 湍 流 流 动 的 数 值 模 拟 。 通 过 实 体 建 模 ， 为某型 号 离
心 泵 添加 固 定 导 叶 ， 然后运 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 ， 基 于 标 准 ｋ—ｓ模 型 ， 对 离心 泵 内部 流 场 进 行 数 值 模 拟 ， 并 对 添 加 导 叶前 后 的 压 力 、 速 度 矢量 图 以及 效 率 与 实 际 的 试验 数 据 进 行 比 较 。 结 果 发 现 ， 添 加 固 定 导 叶后 ， 出 口压 力 明
际试验 数据 进行 比较 分析 。分 析结果 将 对今后 离 心泵
速为 １ ４ ８ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 叶轮 直径 为 ４ ８ ２ ｍ ｍ， 导 叶 叶 片数 为
８ ， 叶轮 叶片数 为 ５ 。
图 １
买 体 模 型
２ 计 算 方 法
离心 泵 内部 流 场 的数 值 计 算 控 制方 程 包 括 ， 整 个 计算 流体 的连续 性 方程 、 动量 方程 和 ｋ—ｓ模 型 中的 ｋ
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人 民 长 江
２ ０ １ ３生
的准 确性 。
８Ｉ ３．
（ 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 ．
明 和介绍 ， 详见 参考 文献 ［ １ １—１ ２ ］ 。
轮 毂 比等 ） ， 运 用 三 维 绘 图软 件 Ｕ Ｇ 一 ｌ ｏ ｌ ， 构 建 泵 全 流 道 及 过流部 件 的三 维 模 型 （ 水体 ） （ 如 图 １～３所示 ） ， 然 后 划分 网格并 进 行 仿 真 模 拟 。本 文 中 ， 离 心泵 的转
离 心泵 内部 流场 的数 值 模 拟 研 究
郭傲 辉 ， 曾 永 忠 ， 刘 小 兵 ， 王 丝 丝 ， 罗 凤２
（ １ ． 西 华 大 学 能源 与环 境 学 院 ， 四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ； ２ ． 西 南 交 通 大 学 艺 术 与传 媒 学 院 ， 四川 Ｉ成 都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ）
效 率提 升方 面 的研究 提供 理论 支持 。
１ 几 何 建 模
根 据 叶轮 的轴 面截 线 图和 包 角 图 ， 导 叶截 线 和包 角 图及 所要 分 析 的实 体 泵 型 的 各 种 参 数 （ 如叶轮数 、
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ９— ２ ６
３ 网格划分与边界条件设置
本文 以某 型号 离 心泵 为研 究 对 象 ， 介 质 为 单 相 清
水（ 密 度为９ ９ ８ ｋ ｇ ／ ｍ ）。 其设 计 参数 如下 ： 流 量 Ｑ为
基金项 目： 国 家 自然 科 学基 金 （ ５ １ ２ ７ ９ １ ７ ２ ） ； 四川 省 共 建流 体 及 动 力机 械 重 点 实验 室 学 术 成 果 培 育 项 目（ Ｓ Ｂ一 ２ Ｄ Ｐ Ｙ一１ １ — ３ ） 作者简 介： 郭傲辉 ， 男， 硕士研究 生， 主要 从 事 流 体 机 械 方 面 的 应 用 研 究 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： １ ７ １ ７ ８ ６ １ ７ ５ ９ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
第４ ４卷 第 ２ ３期
２ ０ １ ３年 １ ２月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ４． Ｎｏ ． ２ ３
Ｄｅ ｌ ２ ．， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ３— ０ ０ ８ ６— ０ 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
显增大 ， 液流流动更加均 匀， 效率也得到大幅提升 ， 而 且 与 实验 结 果 也 比 较 吻 合 。 研 究 结 果 进 一 步 验 证 了仿 真
百度文库
模拟 的可靠性 ， 同 时也 为 实体 泵优 化 和 进 一 步提 升 效 率研 究提 供 理 论 参 考 。
关 键 词 ： 固定 导 叶 ；Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ； 标 准 ｋ—ｓ模 型 ；数值 模 拟 ；离 心 泵 文 献 标 志 码 ：Ａ
摘要 ： 计算流体 （ Ｃ Ｆ Ｄ） 技 术 已经 成 功 地 运 用 于 离 心 泵 内部 湍 流 流 动 的 数 值 模 拟 。 通 过 实 体 建 模 ， 为某型 号 离
心 泵 添加 固 定 导 叶 ， 然后运 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 ， 基 于 标 准 ｋ—ｓ模 型 ， 对 离心 泵 内部 流 场 进 行 数 值 模 拟 ， 并 对 添 加 导 叶前 后 的 压 力 、 速 度 矢量 图 以及 效 率 与 实 际 的 试验 数 据 进 行 比 较 。 结 果 发 现 ， 添 加 固 定 导 叶后 ， 出 口压 力 明
际试验 数据 进行 比较 分析 。分 析结果 将 对今后 离 心泵
速为 １ ４ ８ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 叶轮 直径 为 ４ ８ ２ ｍ ｍ， 导 叶 叶 片数 为
８ ， 叶轮 叶片数 为 ５ 。
图 １
买 体 模 型
２ 计 算 方 法
离心 泵 内部 流 场 的数 值 计 算 控 制方 程 包 括 ， 整 个 计算 流体 的连续 性 方程 、 动量 方程 和 ｋ—ｓ模 型 中的 ｋ
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人 民 长 江
２ ０ １ ３生
的准 确性 。
８Ｉ ３．
（ 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 ．
明 和介绍 ， 详见 参考 文献 ［ １ １—１ ２ ］ 。
轮 毂 比等 ） ， 运 用 三 维 绘 图软 件 Ｕ Ｇ 一 ｌ ｏ ｌ ， 构 建 泵 全 流 道 及 过流部 件 的三 维 模 型 （ 水体 ） （ 如 图 １～３所示 ） ， 然 后 划分 网格并 进 行 仿 真 模 拟 。本 文 中 ， 离 心泵 的转
离 心泵 内部 流场 的数 值 模 拟 研 究
郭傲 辉 ， 曾 永 忠 ， 刘 小 兵 ， 王 丝 丝 ， 罗 凤２
（ １ ． 西 华 大 学 能源 与环 境 学 院 ， 四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ； ２ ． 西 南 交 通 大 学 艺 术 与传 媒 学 院 ， 四川 Ｉ成 都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ）