离心泵全流道内空化流场的数值模拟及预测

发布时间：2020-10-31 05:31

　　 离心泵在运行过程中,空化会使其过流部件产生磨蚀破坏,产生噪声和振动,空化严重时泵的效率显著降低甚至不能正常运行。因此,如何提高离心泵空化空蚀性能是流体机械研究领域的一个重要研究方向。 随着计算流体力学的发展和计算机性能的提高,用数值模拟来分析离心泵内部的空化流动已经成为可能。应用数值模拟的方法可以对试验难以测量的参数进行预估,而不需要大量的试验,应用数值模拟的方法对离心泵进行分析和工程设计,有利于提高工作的可靠性和经济性。数值模拟方法已经成为离心泵分析、设计的一个重要手段。 本文以计算流体力学为基础,应用商用CFD软件Fluent为工具,采用RNGk-ε两方程模型、混合多相流模型、空化模型和SIMPLEC算法,对比转数n_s=91.9离心泵叶轮流道内的空化流场进行数值模拟及预测,得到空化流场的压力、速度和空泡体积组份分布,计算结果与理论结果基本吻合,表明所采用的空化模型能真实反映泵内空化流动情况,这对叶轮的优化设计有重要意义。通过分析计算结果发现:1)对离心泵全流道内的空化流场进行模拟得到在进口段和蜗壳段均没有明显的空化发生,叶轮内空化主要发生在叶片背面进口稍后处,靠近前盖板的位置,该位置存在明显的低压区;2)大流量工况下,叶轮内低压区的面积和空泡体积分数均远大于设计工况和小流量工况,说明在大流量工况下运行容易造成空蚀破坏;3)在非定常空化流场的模拟中,叶轮在一个旋转周期内,空化强度随时间的变化情况是由弱到强,又由强到弱的非定常变化过程,但单个叶片空化最严重的地方是在叶片背面进口稍后处和前盖板接触的地方,叶片的出水边附近没有明显空化现象发生。这与定常空化流场的模拟结果是一致的。4)在空化发生的进程中,随着装置空化余量NPSHA的降低,叶轮内空泡体积组份分数逐渐增加,叶片表面压力和空泡体积组份分布开始不均匀,扬程H和水力效率η_h出现下降的趋势,说明空化严重时影响泵的性能。 为了验证数值模拟的准确性,分别计算了该泵在不同流量下的扬程。计算值和试验值比较发现在设计流量(45.7 m~3/h)附近误差小于5%。由此说明数值模拟结果较准确。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH311
【部分图文】：

硕士学位论文像爆豆似的嚼嚼啪啪的响声。根据蚀噪声和周围环境的噪声以及机器内确定其程度是相当困难的。在这种情对金属的破坏。坏条件下工作时，泵过流部件的某些地金属表面受到像利刃似的高频(600使金属表面出现麻点以致穿孔。严重蚀破坏处机械力作用外还伴有电解、

出叶片的12个轴截面图，这12个轴截面在绘制过程中应注意每个轴界面的旋转角度。然后将12个轴截面用边界混合命令生成单个叶片实体。单个叶片的生成图如图4.1。图4.1单个叶片生成图(2)多个叶片实体的生成:因为叶轮的叶片为旋转对称结构，所以其他的几个叶片可以用旋转复制命令生成。本课题模型为6个叶片，利用旋转复制命令生成另外5个叶片，叶轮的5个叶片就生成了。(3)前后盖板及叶轮流道的生成:根据叶轮水力图确定盖板的尺寸坐标，有旋转命令生成叶轮盖板，再利用剪切命令，用叶片实体模型剪切叶轮模型，最后得到

硕士学位论文叶轮流道实体(见图4.2)。 4.1.3蜗壳实体模型的建立1.按照蜗壳的水力图，利用做曲线的命令分别做出蜗壳八个截面的形状。2.利用混合扫描方法直接生成蜗壳的第一至第八截面部分。3.利用边界混合命令生成扩散段部分。4.利用倒角命令生成隔舌。为了避免泵进口的流动受到叶轮的影响，加入一个进口延伸段，直接用拉伸命令生成。由于在后续的网格划分和计算中需要将叶片流道、进口延伸段以及蜗壳分开处理，所以最后生成进口延伸段与叶轮区域以及叶轮区域与蜗壳区域的祸合面。生成的离心泵三维模型如图4.3所示图4.2叶轮模型图图4.3离心泵三维模型图4.2网格生成4.2.1网格生成概述网格生成技术是指:对不规则区域中的流动或传热问题进行数值计算之前，对不规则区域进行离散以生成计算网格的方法。网格生成是数值计算中的一个重要的前处理过程(preprocessing)，对于复杂区域中流动的计算，网格生成所需的时间常占总时间的一半以上，以有限差分法为基础的数值解法，要求在一个规则的网格内进行求解，要求将不规则的几何边界划分为规则的几何边界，这样，不同的几何形状就势必需要采用不同的网格生成方法
【引证文献】

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本文编号：2863510