節(jié)能離心泵全流道數(shù)值模擬及性能預(yù)測.pdf

1、水泵在眾多工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著重要的作用，但與此同時，由于流體設(shè)計方面的原因，傳統(tǒng)水泵的效率不高，成為相應(yīng)行業(yè)中耗電的“大戶”。因此提高泵的效率，降低泵的能耗，改善泵的性能，不僅具有重要的工業(yè)價值，而且具有理論意義。 傳統(tǒng)的泵的設(shè)計方法基于半理論、半經(jīng)驗和試驗驗證的基礎(chǔ)上，即“設(shè)計—試制—試驗—改進(jìn)”的設(shè)計方法，該方法受研究手段所限不能全面了解泵內(nèi)部流場分布及流動特點，在設(shè)計上存在諸多值得改善的地方。近年來，隨著計算

2、流體力學(xué)(CFD)的發(fā)展及應(yīng)用，使得通過數(shù)值仿真，全面研究離心泵內(nèi)部流動已經(jīng)成為可能。 本論文以某新型節(jié)能離心泵為研究對象，利用現(xiàn)代非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)離散泵全流道區(qū)域，用k-ε雙方程模型和大渦模擬方法分別對不同工況下的內(nèi)部流動進(jìn)行了分析，并對不同葉輪組合情況下泵的性能進(jìn)行了對比研究。主要研究工作如下： (1)在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了計算流體力學(xué)在流體物理、網(wǎng)格技術(shù)以及計算方法等方面的最新發(fā)展及動態(tài)，以及CFD在流體機(jī)械

3、內(nèi)部流動數(shù)值模擬方面的應(yīng)用，并對雷諾時均方程、標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的有限體積法和SIMPIEC算法在離心泵流場中的應(yīng)用進(jìn)行了全面的總結(jié)。 (2)應(yīng)用GAMBIT軟件，對三維扭曲葉片，葉輪區(qū)域、導(dǎo)流槽區(qū)域、旋流管區(qū)域和進(jìn)出口區(qū)域分別進(jìn)行了三維幾何建模，結(jié)合現(xiàn)代非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)，對流道各區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，并用非一致網(wǎng)格對接技術(shù)，實現(xiàn)了各區(qū)域的流動信息交換。通過TGRID軟件連接各計算區(qū)域，成功建立了具有復(fù)雜流道的節(jié)能離心泵

4、從進(jìn)口到出口區(qū)域的全流道三維數(shù)值計算模型。 (3)基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型、現(xiàn)代非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)和有限體積離散方法，使用Fluent流體動力學(xué)軟件，計算了四葉片型式下，12種不同流量工況下的水泵揚程、軸功率和效率，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，吻合較好，從而驗證了此次數(shù)值建模和計算方法的正確性。同時還分別針對4種不同葉片型式下的葉輪，在6種不同流量工況下分別進(jìn)行了計算，并對不同型式葉輪受力特性、能量和空化性能以及內(nèi)部流場分布進(jìn)行了對比分析