离心泵蜗壳内部三维湍流场数值模拟

发布时间：2020-06-17 15:10

【摘要】： 随着科技进步和经济发展,许多领域对流体机械的性能要求越来越高,传统设计方法已不能很好满足新的需要,应采用现代设计理论和方法,这要求设计者首先掌握流体机械内部流动状况。 本文对泵蜗壳内部三维湍流场进行了数值模拟,计算出了蜗壳内部流场的速度场和压力场,给出了三维分布图,对数值结果进行了分析和研究,并对今后的研究方向提出了一些建议。本文的主要工作有: 1.简要介绍了流体机械设计方法、湍流和计算流体力学的发展现状及在工程中的应用; 2.采用分段拟和方法,将蜗壳分为三段,对蜗壳求解域进行了物理网格的划分; 3.通过求解泊松方程完成了蜗壳三维贴体网格的自动生成,通过构造泊松方程源项P、Q、R分布函数控制网格疏密度; 4.将控制方程组在直角坐标系与任意曲线坐标系中进行了转化,采用有限体积法对其进行离散。为消除锯齿形压力脉动,采用交错网格存放变量; 5.基于SIMPLE算法建立压力修正方程来满足连续性方程和动量方程之间的耦合关系。利用Gauss-Seidel线迭代法与一维TDMA方法求解代数离散方程,采用离散方程的相对残差作为判断收敛准则; 6.针对蜗壳的特点,确定其求解域并引入边界条件; 7.采用GEMCHIP算法编制程序对蜗壳内部流动进行了模拟,实现了模拟结果的可视化; 8.模拟结果揭示了蜗壳内部流动的某些特征:离心泵蜗壳内部流体速度沿着流道逐渐变低,在出口附近速度明显减小,流量变小,压力变大。从第十三截面到第三十三截面,靠近蜗壳外壁处出现了回流,随着流体流向出口方向,回流越明显,在这些截面上,湍流核心区与回流区被一条向内的流线区分开;在第三十九截面上,蜗壳的一侧形成了回流,另一侧为均匀流。与现有试验结果对比,在总体流动规律上,两者具有很好的一致性,表明本文计算采用的模型及方法是有效的,研究结果对蜗壳水力设计理论的完善提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TH311
【图文】：

蜗壳网格截面图(第1，2截面)

江苏大学硕士论文三个速度分量的值，第7列为总速度的标量。图5一19至图5一24表示流量为Q时蜗壳内部六个截面的压力分布图。由图可见，压力沿着蜗壳流道逐渐增大，在叶轮出口处压力有个波动。经过这段波动区后沿轴向宽度的范围内压力变得比较均匀。图5一24为接近蜗壳弯管处的流道己经没有流体加入，形成一面压力较低而一面较高，这可能是由于在转弯处流体产生回流。静压的平均值从隔舌处开始到泵的有分别呈递减和递增的趋势。这证明了矩形蜗壳有将液流动能转化为压能的功能。图5一25至图5.30和图5一31至5一36表示流量为0.8Q和 1.2Q时蜗壳内部六个截面的压力分布图。在小流量时，在各个界面上压力都大于设计流量点的压力，而在大流量时正好相反，它们的整体变化趋势与设计工况时的压力变化趋势相同，这种变化趋势也与定量研究结果相符。Z(mm·!一·Y(mnl)兀J沪‘J户碑口砂.，户-矛尸矛尸.口才-户尸矛尸‘口，-··，一下户.护JJ尸..

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本文编号：2717786