开式离心泵全流场数值模拟

内部流场数值计算大 多仅分析 叶轮流道 和蜗壳流道 ，
不 考虑 前 后 腔 及 口环 间 隙 处 流 道 。泵 的 全 流 场 数 值 计 算 包 括 了泵 的所 有 流 道 ， 符 合 实 际 ， 够 更 准 确 更 能
预测 泵 的性 能 。本 文 采用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件 对 不 同轴 向 间 隙 的开 式离 心 泵进 行 了全 流场 数 值 计 算 ， 对 计 算 结 并
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
表 １ 开式 叶轮 离心泵 主要几何参数
Ｔａ ． Ｍａｎ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｅ ｔｉ ｇ ｌｐ ｍｐ ｗｉ ｐ ｎ ｉ ｅ ｌｒ ｂ １ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｕ ａ ｕ ｔ ｏ ｅ ｍｐ ｌ ｆ ｈ ｅ
图 １ 叶轮实体模型
Ｆ ｇ １ Ｉ ｅ ｌ ｒｍｏ ｅ ｉ ． ｍｐ ｌ ｄ ｌ ｅ
的抗 空化 性 能 、 程 和效 率 降低 的 结论 。 扬
１ 泵 参数设计
开式 叶轮 可 采用 闭式 叶 轮设 计 方 法 ， 轮 外 径 根 叶 据轴 向 问隙 的情 况增 大到 （ ． １１～１ ２ ） 。泵 设 计 ．５ Ｄ 参 数 为 ： 量 Ｑ＝４ ｍ ／ ， 程 Ｈ＝２ ０ 转 速 ｎ＝ 流 ０ ｈ 扬 ０ ｍ， ２９ ０／ ｎ 表 １是 泵 的 主要 几何 参 数 。 ０ ｒｍｉ。
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
效 率 降低 的结 论 ， 开式 离心 泵 的 优 化设 计 提 供 了 有价 值 的参 考 。 为
关 键 词 ：开 式 叶 轮 ；离 心 泵 ；数值 模 拟 ；湍 流模 型 ； 空 化 性能
中图 分 类 号 ： Ｔ ３ １ Ｈ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ） ６—０ ９ ０ ８ Ｘ（ ０ ０ Ｏ １ ７— ４
２１ ０ ０年 ６月
农 机 化 研 究
第 ６期
开 式 离 心 泵 全 流 场 数 值 模 拟
王 洋 ，蒋 其松
２２ １ ） １０ ３
（ 苏 大 学 流 体 机械 工 程 技 术 中心 ，江 苏 镇 江 江
摘
要 ：介 绍 了 开式 叶 轮 的设 计 方 法 ， 定 了泵 的 主要 设 计 参 数 。详 细 论 述 了开 式 离 心 泵 全 流 道 模 型 的 建 立 方 确
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
作者简介：王 洋 （９ ５一） 男 ， １５ ， 河北 定州 人， 究员 ， Ｅ—ｍ ｉ ｇ ｙ 研 （ ａｌ ｗ ）ｐ ＠ ｕｓｅｕ ｃ 。 ｊ． ｄ ．ｎ 通讯 作者：蒋其松 （ ９４一） 男 ， 苏淮安 人 ， 士研 究生 ， Ｅ—ｍａ ） １８ ， 江 硕 （ ｉ ｌ
ｊｓ１ ．ｏｄ １ ３ ＣＢ。 ｑ２ ３ ｇｏ＠ ６ ．Ｏ
叶轮进口 叶轮 出口 叶轮 出口 出口
基 圆
泵 出口
直径 Ｄ 直径 Ｄ 宽度 ｂ ｏ ２ ２安放角 ／ ３ 叶片数 ｚ 直径
／ ｍ ｍ ／ ｍｍ ／ ｍｍ ／ 。 （） ／ ｍ ｍ
直径 Ｄ
／ ｍｍ
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收 稿 日期 ：２ ０ ０ ０９— ９—１ ４ 基 金 项 目 ：国 家 “６ ８３计 划 ” 目（０ ６ Ａ ０２ １ 项 ２０ Ａ １０ １ ）
０ 引 言
通过 Ｃ Ｄ技 术 模 拟 泵 内流 动 情 况 来 改 善 泵 的设 Ｆ
２ 数 值 模 拟
２ １ 模 型 建立 ．
计， 是提 高 离 心泵 性 能 的关键 途 径 之一 ¨ 目前 ， 。。 泵
采 用 Ｐ Ｏ Ｅ软件 建 立 离心 泵 叶 轮实 体模 型 ， 图 Ｒ／ 如
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
弛 因子迭代 。 １ ）进 口条 件 。假定 叶轮 进 口前 速 度 。 在轴 向均 匀分 布 ， 大小 为流 量 与进 口面 积 之 比。进 口湍 流 强 其 度， 和水 力 直径
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