FLG40-200离心泵内流场数值模拟及性能改善

发布时间：2020-03-24 09:39

【摘要】： 以计算流体力学(CFD)为基础的流场数值模拟技术,是揭示流体机械内部流场特性的有效工具,也是流体机械产品性能优化和缩短产品开发周期的有效手段,已成为流体机械CAD辅助设计的发展方向。本文的主要研究工作包括: 1.在查阅大量文献的基础上,综述了计算流体力学及CFD数值模拟技术的发展历程,以及CFD数值模拟技术在离心泵流场数值模拟中的应用,并指出了目前存在的不足。 2.在分析比较离心泵整机数值模拟的各种耦合模型和模拟方法的基础上,通过Pro-E软件构建了FLG40-200离心泵的整机三维水力模型,运用CFD前处理工具GAMBIT对该三维模型实行了分块网格划分,并以CFD商业软件Fluent实现了该离心泵的整机定常和非定常数值模拟。 3.针对离心泵非定常数值模拟的传统收敛判据存在的不足,提出了一个新的收敛判据,并运用新判据,对IS80-65-160离心泵和本文研究对象FLG40-200离心泵的非定常数值模拟进行了收敛分析,分析过程中将新判据和传统判据进行了对比,发现两者所得结果一致,但新判据为流场的稳定性程度提供了定量指标,且在低比转数离心泵的小流量工况下表现出了传统判据所没有的优势。 4.在总结离心泵圆盘摩擦损失和容积损失计算方法的基础上,确定了适用于低比转数离心泵的圆盘摩擦修正和容积修正方案。并应用该修正方案,以数值模拟所得的流场信息为基础,得到了离心泵在不同工况下的性能参数。以泵试验数据为依据,比较不同的模拟方法所得结果的精度,结果发现:对于本文所研究的泵,非定常数值模拟获得的预测结果较符合试验数据。之后,绘制了泵特性曲线,并深入分析了叶轮和蜗壳的内流场。 5.以上述分析为基础,以节能为目标,进行了泵性能优化,并运用整机非定常数值模拟手段对优化结果进行了检验。结果显示,取得了一定的优化效果,效率提高了2%,且离心泵的扬程亦满足设计要求。
【图文】：

水力模型,离心泵,整机,实体

在三维建模过程当中，模型的某些表面还可能出现一些面积非常细小的小碎面，这些小碎面的存在将会对网格的划分产生不良影响。因此，必须将这些小碎面与其他曲面合并。离心泵整机实体模型如图2一1。图2一1离心泵整机实体三维水力模型2.3网格与前处理Flueni软件包提供的前处理软件GAMBIT可以用来实现几何模型的网格划分与边界条件类型设定。GAMBIT的功能还包括构建几何模型，但考虑到离心泵水力模型具有较复杂的曲面，本文采用专业软件Pro一E实现之，如前文所述，并将由Pro一E软件创建的三维水力模型导入GAMBIT进行网格划分。2.3.1网格类型与网格划分网格有结构化网格与非结构化网格之分136一39]。三维结构化网格采用六面体单元，生成的网格具有良好的正交性，网格质量好，有利于计算过程的收敛，，节省内存。但结构化网格对于复杂几何模型的适应性比较差四。对复杂的几何结构，往往需要采用多块划分网格的方法[40]。三维非结构化网格采用四面体、三棱柱等形式的单元，节点可任意分布，因此能够适用复杂的几何构造。本文所研究的离心泵三维水力模型包括圆柱型吸水室、叶轮区域水体、蜗壳型压水室和出水管

网格图,隔舌,分块网格,网格

三维网格的局部加密通常有面网格加密法和分块网格加密法两种。采用面网格加密法只能加密一定表面附近的网格，如需要加密整个三维区域的网格，则应使用分块网格加密。这两种方法加密得到的隔舌部网格分别如图2一2及图2一3所示，可以明显看出，采用面网格加密法得到的网格，其中心远离表面的部位网格是稀疏的。图2一2分块网格技术加密的隔舌部网格图2一3面网格加密技术得到的隔舌部网格图2一4离心泵整机三维水力模型网格
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH311

【引证文献】