离心泵口环间隙流动特性的数值模拟

发布时间：2022-01-02 14:59

　　[目的]在开展离心泵的结构设计和性能研究时,往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性,还将影响其流场分布,故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。[方法]以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象,采用ANSYS CFX开展仿真模拟,分析不同口环间隙（0,0.5,0.7,1.06 mm）对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。[结果]结果表明:不同口环间隙下,离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致,两者的相对误差小于5%（1.06 mm间隙除外）,验证了数值仿真方法的可信度;随着口环间隙的增加,在设计工况下,离心泵的扬程约下降20%,效率约下降19%;小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加,大间隙处的整体压强有所下降,叶轮盖板的径向压强呈不对称分布;口环间隙导致流体内部的湍流紊乱,而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。[结论]研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。 

【文章来源】：中国舰船研究. 2020,15(04)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

离心泵的三维模型

将图1所示的离心泵三维模型导入ANSYS CFX软件，对其进行网格划分，其中网格采用了ICEM模块，如图2所示。为保证仿真结果的收敛性以及与实验数据的匹配度，表面层以下的结构层将采用六面体结构化网格，而表面层则将采用非结构化网格，网格总数为3.27×106。本文模型的最大频率为4 000 Hz，对应的波长为85 mm，按照1个波长对应8个网格的划分方式，网格的最大尺寸应不超过10 mm。图3所示为计算模型各个区域的网格划分，图4所示为相应的网格质量（无量纲），具体参数如表2所示。其中，蜗壳出口段的最低网格质量较小，这是因为蜗壳存在一些细微的碎面，但碎面处的网格对计算结果基本没有影响。

在规定的工况下输入仿真参数，计算口环间隙分别为0,0.5,0.7,1.06 mm时的离心泵扬程H、轴功率P及效率η，结果如表3所示。通过对比仿真结果和实验数据[11]可知，两者的相对误差小于5%（除1.06 mm口环间隙外），这也验证了仿真结果的可信度。图4 网格质量

【参考文献】：
期刊论文
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[3]舰船用泵技术研究[J]. 孙卫平,李兵,冯彦华,龚卫锋.  上海造船. 2011(02)
[4]多级离心泵内部间隙流动与泄漏损失[J]. 吴大转,许斌杰,武鹏,李志峰,王乐勤.  浙江大学学报(工学版). 2011(08)
[5]仿生降噪蜗舌试验研究与数值模拟分析[J]. 孙少明,任露泉,梅涛,张永智,钱志辉.  振动与冲击. 2009(05)
[6]湍流工况下泵的环状间隙密封内流场分析及泄漏量计算[J]. 徐林.  水泵技术. 2002(02)
[7]湍流模式理论综述[J]. 熊鳌魁.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2001(04)



本文编号：3564384