（机械设计及理论专业论文）迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析.pdf

北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 - 作者签名： ! 型! 至j 至 日期： 卫二z ：12 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可 以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在2 年解密后适用本授 权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名：。j 。i 。j 三乙7 u 日期：生z ：兰：1 2 日期：丝1 2 ： z p l_li ， 学位论文数据集 中图分类号 t h 3 8 学科分类号 4 7 0 3 0 3 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 3 9 7 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名田国文 学号 2 0 0 4 0 0 0 3 9 7 获学位专业名称 机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 课题来源 自选项目研究方向流体机械 论文题目 迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析 关键词 迷宫螺旋泵，f l u e n t ，数值模拟，流场分析，几何参数 论文答辩日期2 0 0 7 年5 月2 9 日论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师张有忱教授北京化工大学机电工程学院 评阅人1 张美麟教授北京化工大学机电工程学院 评阅人2 0 7 m 0 9 6 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席王瑶教授级高工机械设计研究院 答辩委员1张美麟教授北京化工大学机电工程学院 答辩委员2张莉彦副教授北京化工大学机电工程学院 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中查 询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 ， 迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析 摘要 迷宫螺旋泵是一种新型的高扬程小流量泵，可应用于石油化工、农业、 食品、医药等生产生活诸多方面。该泵结构和工作原理简单，主要工作部 件是一对间隙配合、并车有旋向相反的多头螺纹的定子和转子。转子随泵 轴做高速旋转，流道内的流体在剪力和黏性力的作用下形成“泵送 流。 当“泵送”流大于压差流( 因进出口压力差造成) 时，该泵便处于正常的 工作状态。 本文运用c f d 软件f l u e n t 对迷宫螺旋泵的流场进行数值模拟，主要 内容分为三部分。第一，建立流场的几何模型和物理模型，其中几何模型 的建立主要在f l u e n t 的前置处理软件g a m b i t 中进行；第二，单模型研究， 选择泵的典型工况，研究流场的速度、压力、湍流强度的分布情况，计算 泵的性能参数，绘制特性曲线；第三，多模型比较研究，考察主要几何参 数变化对泵性能的影响。本文考察的几何参数主要有定子转子间隙、螺旋 体长度和定子螺纹头数等，此外还对不同螺纹齿形的泵进行了研究。 研究结果表明：螺旋转子区域内流体速度高、压力低，螺旋转子对泵 的增压效果的贡献比螺旋定子大；间隙处的流体湍流强度最强；泵的容积 损失和机械损失不易用f l u e n t 模拟，需要在后处理时予以补偿；当定子转 子间隙c 0 3 m m 时，螺旋体长度在，= 1 6 0 2 2 0 m m 的范围内，泵的工作状况 最好；螺纹头数对泵的性能也有显著的影响；三角形螺纹齿形泵扬程最高， 半圆形螺纹齿形泵效率最高。 娑钰垒；蜀 米胄橱2r 帛趸虿1 7 1 ，p n t黼，r 占 ：等= l ：l 、j 专备螺f 公素耳几，_ r 乡受米f r 、憾m “u 圳、，扎j 、，“，mi 且i j ， i 小7 州ji ，i ，t a 1 j 夕m | ill _ 矿 - t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n a n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so fl a b y r i n t h s c r e wp u m p a b s t r a c t a l a b y r i n t hs c r e wp u m pi san e wl i t t l e - f l u xa n dh i g h l i f t ：p u m p i tc a nb e a p p l i e di nm a n yp r o d u c t i o na n dl i v i n gf i e l d s ，r a n g i n gf r o mp e t r o c h e m i c a l p r o c e s s i n g ，a g r i c u l t u r e ，f o o d ，a n dm e d i c a m e n t ，e t c t h es t r u c t u r ea n dp r i n c i p l e o ft h i sp u m pa r es i m p l e t h es t a t o ra n dr o t o rw i t hm u l t i t h r e a d ss c r e wo f o p p o s e ds p i r a lh a n da r et h ep r i m a r yw o r kp a r t s a n dt h e r ei sat i n yc l e a r a n c e b e t w e e nt h e m ，w h i c hi sc l e a r a n c ef i t w h e nt h er o t o ri sh i g h s p e e dr o t a t i n ga s t h ep u m ps h a f t ，t h ef l u i di nf l o wc h a n n e lf o r m st h ep u m p u p f l o wu n d e rt h e i n f l u e n c eo ft h es h e a ra n dv i s c o u sf o r c e t h ep u m pw o u l db ei nn o r m a l w o r k i n g c o n d i t i o nw h e n t h e p u m p - u p - f l o w i s l a r g e r t h a n d if f e r e n t i a l p r e s s u r e - f l o wf o r m e df r o mt h ep r e s s u r ed if f e r e n c eb e t w e e ni n l e t a n do u t l e t an u m e r i c a ls i m u l a t i o nw i t hf l u e n ta b o u tc f di su s e do nt h el a b y r i n t h s c r e wp u m pi nm y p a p e r t h ep a p e rd i v i d e sm a i n l yi n t ot h r e ep a r t s t h ef i r s t s t e pi st os t r u c t u r et h eg e o m e t r i c a la n dp h y s i c a lm o d e l s a n dt h eg e o m e t r i c a l m o d e li sf o r m e dm a i n l yi ng a m b i t ，w h i c hi st h ef o r ep r o c e s s i n gs o f t w a r eo f f l u e n t t h er e s e a r c ho fs i n g l em o d e li st h es e c o n ds t e p c h o o s et h et y p i c a l w o r kc o n d i t i o no ft h ep u m p ，s t u d yt h ed i s t r i b u t i o no ft h ev e l o c i t y ，p r e s s u r e a n dt u r b u l e n ti n t e n s i t yi nf l o wf i e l d ，c a l c u l a t ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r e s ，a n d s c a l ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c s t h ef i n a ls t e pi st h er e s e a r c ho fm u l t i f o r i n m o d e l t h em e t h o di st o s t u d y t h ea l t e r a t i v et r e n do f p e r f o r l r l a n c e c h a r a c t e r i s t i c sw h e nt h eg e o m e t r i cp a r a m e t e r sc h a n g e g e o m e t r i cp a r a m e t e l s m a i n l yi n c l u d et h ec l e a r a n c eb e t w e e nr o t o ra n ds t a t o r ，t h es p i r o c h e t a ll e n g t h ， t h et h r e a d sn u m b e ro ft h es t a t o r ，e t c f u r t h e r m o r e ，d i f f e r e n ts c r e ws e n a t e p u m p s a r ea l s os t u d i e d i nc o n c l u s i o n ：t h es c r e wr o t o rv e l o c i t yb e c o m e sl a r g e ra n dt h ep r e s s u r ei s l o w e r s ow ec a nc o n c l u d et h a tt h es c r e wr o t o rp l a y sam o r ei m p o r t a n tr o l e w h i l et h ep u m pi sw o r k i n g t h ei n t e n s i t yo f t u r b u l e n c ei sl a r g e s ti nc l e a r a n c e t h ei n f l u e n c eo fv o l u m e t r i ca n dm e c h a n i c a ll o s s e sw i l lb ec o n s i d e r e di nt h e p r o c e s so fp o s tp r o c e s s i n gb e c a u s et h e yc a nn o tb es i m u l a t e db yf l u e n t t h e p u m p w i l lb ei nb e s tw o r k i n go r d e rw h e nc 0 3 m 聊a n d ，：1 6 0 2 2 0 所脚t h e t h r e a d sn u m b e rh a so b v i o u si n f l u e n c et ot h ep u m p t h el i f to f t h ep u m pw i t h t r i a n g u l a rs e r r a t ei sh i g h e s t ，a n dt h ee f f i c i e n c yo ft h ep u m pw i t hs e m i c i r c u l a r s e r r a t ei sl a r g e s t k e yw o r d s ：l a b y r i n t hs c r e w p u m p ，f l u e n t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ， a n a l y s i so ff l o wf i e l d ，g e o m e t r i cp a r a m e t e r s i v 】，v 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 迷宫螺旋泵的前人研究成果1 1 3 计算流体动力学与f l u e n t 软件2 1 4 本课题的研究内容、目的和意义4 第二章迷宫螺旋泵基本理论的研究7 2 1 迷宫螺旋泵的结构与原理7 2 1 1 迷宫螺旋泵的基本结构7 2 1 2 迷宫螺旋泵的工作原理9 2 1 3 迷宫螺旋泵的特点9 2 1 4 迷宫螺旋泵的应用9 2 2 迷宫螺旋泵的性能参数lo 2 2 1 流量1 0 2 2 2 扬程1 0 2 2 3 功率1 1 2 2 4 效率12 2 2 5 转速1 3 2 2 6 比转数1 3 本章小结1 4 第三章迷宫螺旋泵数值模拟的理论基础1 5 3 1 计算流体动力学与有限体积法简介15 3 1 1 计算流体动力学的基本思想15 3 1 2 三种流体流动问题研究方法的比较15 3 1 3 有限体积法的基本思想1 6 3 2 湍流模型与控制方程16 3 2 j 质量守恒方程1 6 3 。2 2 动量守恒方程16 v 北京化工大学硕士学位论文 3 2 3 能量守恒方程1 7 3 2 4 誓方程1 7 3 2 5s 方程1 8 3 2 6 湍动黏度1 8 3 3 控制方程的离散方法1 8 3 3 1 离散化的目的1 8 3 3 2 常用的离散格式1 9 3 4 控制方程的数值解法2 0 3 4 1 流场数值计算的主要方法2 0 3 4 2s i m p l e 系列算法2 1 3 4 3 算法选用2 2 本章小结2 2 第四章迷宫螺旋泵流场的flu e n t 模拟2 3 4 1 模拟计算的总体思路2 3 4 2 几何模型的建立2 4 4 2 1 流场几何造型2 4 4 2 2 计算网格的选择与生成2 7 4 3 物理模型的建立3 0 4 3 1 求解器的比较与选择3 0 4 3 2 计算模型的比较与选择：3 l 4 3 3 流体介质属性一3 3 4 3 4 边界条件的选择与设置3 4 4 3 5 动静区域耦合方式的试验与选择3 7 4 3 6 近壁区的处理方法3 8 4 4 模拟计算3 9 4 4 1 求解控制参数的设置3 9 4 4 2 求解计算4 0 本章小结4i 第五章迷宫螺旋泵流场的性能分析与实验验证4 3 5 j 迷言螺旋泵流场基本特点4 3 5 1 1 流场速度分布4 3 v i l rr一矿 目录 5 1 2 流场压力分布4 6 5 1 3 流场湍流强度分布4 8 5 2 迷宫螺旋泵性能参数的计算4 9 5 3 迷宫螺旋泵的实验与结果验证5 2 5 4 迷宫螺旋泵的特性曲线5 4 5 4 1 扬程一流量( 日一q ) 曲线5 5 5 4 2 功率一流量( 一q ) 曲线5 6 5 4 3 效率一流量( 7 7 一q ) 曲线5 7 本章小结5 8 第六章主要几何参数对泵性能的影响5 9 第七章结论与展望7 1 7 1 本课题的主要研究成果和结论7 1 7 1 1 建模经验总结7 1 7 1 2 求解计算经验总结7 l 7 1 3 建模结果7 2 7 1 4 流场分析结论7 2 7 1 5 性能参数计算与泵的损失7 3 7 1 6 几何参数变化对泵性能影响的结论7 3 7 2 本课题相关领域的研究展望7 3 v l i 9 l 3 5 0 5 6 6 6 7 - 响 一响 一 一 影响影 一 一 的影的响 一 能的能影 一 性能性的 一 泵性泵能 一 对泵对性 一 隙对数泵 一 间度头对 一 子长纹形 一 转体螺齿 一 子旋子纹结定螺定螺小 ，2 3 4 立早包良良& 本 佰为 龇黜 一 一文 一 一 一论 一 术 一 一学 一 占日 cy 表 一 一发介 一 一及简 献 果师 文 一成导考谢究者参致研作 一 c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n l 1 1f o r e 、o r d 1 1 2r e t u r n so f p r e d e c e s s o r 1 1 3c f da n df l u e n t 2 1 4c o n t e n t s ，o b j e c t i v ea n dm e a n i n go f t h i st h e s i s 4 c h a p t e r 2s t u d yo fb a s i ct h e o r ya b o u tl a b y r i n t hs c r e wp u m p 7 2 1s t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo f l a b y r i n t hs c r e wp u m p 7 2 1 1f u n d a m e n t a ls t r u c t u r e 7 2 1 2o p e r a t i n gp r i n c i p l e 9 2 1 3c h a r a c t e r i s t i c 9 2 1 4a p p l i c a t i o n s 9 2 2p e r f o r m a n c ep a r a m e t e ro fl a b y r i n t hs c r e wp u m p 1 o 2 2 if l u x 1 0 2 2 2l i f t 1 0 2 2 3p o w e r 1 1 2 2 4e f f i c i e n c y 1 l 2 2 5r e v o l v i n gs p e e d 1 3 2 2 6s p e c i f i cs p e e d 1 3 b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 1 4 c h a p t e r 3t h e o r e t i c a lp r i n c i p l eo fn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 1 5 3 1c f da n df v m 3 1 1b a s i ct h o u g h to fc f d 3 1 2c o m p a r i s i o no f t h r e em e t h o d sa b o u tf l o wf i e l d 3 1 3b a s i ct h o u g h to ff v m 3 2t u r b u l e n c em o d e la n dg o v e r n i n ge q u a t i o n 3 2 1m a s sc o n s e r v a t i o ne q u a t i o n 3 2 2m o m e n t u mc o h s e r 、，2 1 i o ne q u a t i o n 3 2 3e n e r g yc o n s e r v a t i o ne q u a t i o n i x 5 5 5 6 6 6 6 7 ，l，l-l，l itj 北京化工大学硕士学位论文 3 2 4re q u a t i o n 1 7 3 2 5 占e q u a t i o n 1 8 3 2 6v i s c o s i t yo f t u r b u l e n c ee n e r g y 1 8 3 3d i s e r s i o nm e t h o do f g o v e r n i n ge q u a t i o n 1 8 3 3 1o b j e c t i v eo f d i s c r e t i z a t i o n 1 8 3 3 2c o m m o nd i s e r s i o nf o r m a t 1 9 3 4n u m e r i c a la l g o r i t h mo fg o v e r n i n ge q u a t i o n 2 0 3 4 1p r i m a r ym e t h o d so f n u m e r i c a lc a l c u l a t i o n 2 0 3 4 2s e r i a la l g o r i t h mo f s i m p l e 2 1 3 4 3s e l e c t i o no f a l g o r i t h m 2 2 b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 2 2 c h a p t e r 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff l o wf i e l dw i t hf l u e n t 2 3 4 1p r i m a r yt h o u g h t so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 2 3 4 2s t r u c t u r eo f g e o m e t r i cm o d e l 2 4 4 2 1g e o m e t r i cm o d e l i n go f f l o wf i e l d 2 4 4 2 2s e l e c t i o na n dg e n e r a t i o no f g r i d 2 7 4 3s t r u c t u r eo f p h y s i c a lm o d e l 3 0 4 3 1e q u a t i o ns o l v e r 3 0 4 3 2c o m p u t a t i o n a lm o d e l 3 l 4 3 3m e d i u m 3 3 4 3 4b o u n d a r yc o n d i t i o n 3 4 4 3 5c o u p l i n gb e t w e e nr o t o ra n ds t a t o r 3 7 4 3 6p r o c e s s i n gm e t h o do f a e r an e a rw a l l 3 8 4 4a n a l o gc o m p u t a t i o n 3 9 4 4 1c o n t r o l l i n gp a r a m e t e r o f s o l v e r 3 9 4 4 2c a l c u l a t i o n 4 ( ) b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 4 l c h a p t e r 5p e r f o r m a n c ea n a l y s i so f f l o wf i e l d 4 3 5 1b a s i cc h a r a c t e r i s t i co f f l o wf i e l d 4 3 5 1 1d i s t r i b u t i o no f v e l o c i t y 4 3 5 1 2d i s t r i b u t i o no f p r e s s u r e q b x l、一 目录 5 1 3d i s t r i b u t i o no f t u r b u l e n ti n t e n s i t y 4 8 5 2c a l c u l a t i o no f p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r 4 9 5 3c o m p a r i s i o no f s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t 5 2 5 4c h a r a c t e r i s t i cc u r v e 5 4 5 4 1l i f t f l u x ( h q ) c r u v e 5 5 5 4 2p o w e r f l u x ( q ) c r u v e 5 6 5 4 3e f f c i e n c y - f l u x ( 刁- q ) c r a v e 5 7 b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 5 8 c h a p t e r 6e f f e c to fm a i ng e o m e t r i cp a r a m e t e ro np u m p 5 9 6 1e f r e c to f c l e a r a n c eb e t w e e nr o t o ra n ds t a t o r 5 9 6 2e f f e c to f s p i r o c h e t a ll e n g t h 6 1 6 3e f f e c to f t h r e a d sn u m b e ro f s t a t o r 6 3 6 4e f f i e c to f s c r e ws e r r a t e 6 5 b r i e f s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 7 0 c h a p t e r 7c o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n 7 1 7 1r e t u r n sa n dc o n c l u s i o no f t h i ss u b j e c t 7 l 7 1 1e x p e r i e n c e so f m o d e l i n g 7 1 7 1 2e x p e r i e n c e so f c o m p u t a t i o n 7 1 7 1 3r e s u l t so f m o d e l i n g 7 2 7 1 4c o n c l u s i o no f a n a l y s i so nf l o wf i e l d 7 2 7 1 5c a l c u l a t eo f p e r f o r m a n c ep a r a m e t e ra n dl o s so fp u m p 7 3 7 1 6c o n c l u s i o no fe f f o r to fg e o m e t r i cp a r a m e t e r 7 3 7 2e x p e c t a t i o no f t h i sr e s e a r c hs u b j e c t 7 3 r e r e r e n e ed o c u m e n t a t i o n 7 5 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 9 r e s e a r c hp r o d u c t i o na n dp a p e r 8 l b r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ea u t h o ra n dt u t o r 8 3 x l v 崎 l l i 1j一 符号及缩略词说明 螺旋体长度，m m 定子螺旋内径，m m 螺纹槽深，m m 导程，m m 定子转子间隙，m m 螺纹头数 体积流量，三s 一 质量流量，船j 一 理论体积流量，l s 。 实际体积流量，l s 。1 流体密度，k g m 刁 面积，m 2 容积损失，j 扬程，m 理论扬程，m 实际扬程，m 水力损失，j 能量， 液面高度，m 流场压力，p 口 动能系数 流体速度，m s 。 重力加速度，姆_ 输入功率，k w 原动机配套功率，k w 理论输出功率，k w 实际输出功率，k w 机械损失， 容积效率 水力效率 机械效率 总效率 ，d， s c z绋绋鳓p f凹坼饥心e z p 口 v g 坼机削 仉巩7 北京化工大学硕士学位论文 c f d c a d c a m f v m m r f m p s m 转速，m i n 1 比转数 湍动能，- ， 湍动耗散率 动力黏度，k g 小一s 。1 源项 湍动能对应的p r 数 湍动耗散率对应的p r 数 湍动黏度，k g m 岁。1 平均速度梯度引起的湍动能产生项 定压比热容，k 姆一 热传导系数，w k m _ 标准状态熵，k k g 一m o l 。1 饱和蒸汽压，朋 相应于流体通量的广义扩散系数 计算流体动力学，c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s 计算机辅助设计，c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 计算机辅助机械工程，c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g 有限体积法，f i n i t ev o l u m em e t h o d 多参考坐标系( 多重参考系) 模型，m u l t i p l er e f e r e n c ef r a m e 混合平面模型，m i x i n gp l a n e 滑移网格模型，s l i d i n gm e s h x i v 刀 七 占 s 所瓯qs p r 1 1 引言 第一章绪论 泵是一种以液体为工作介质进行能量转化的流体机械【l l ，在工业生产和人类生活 中起着非常重要的作用，与汽车和机床并称为“三大机械产品”【2 1 。经过几百年的发 展，泵的应用范围越来越广，工作性能和效率越来越高，同时对泵的要求也越来越严 格。目前实际应用的泵已达几十种，每种泵都有其特定的工作场合。在石油化工领域， 连续流水作业已经代替了单程生产。在化工单程生产中，需用的是小扬程和大流量的 泵。而在连续流程作业中，由于化学反应速度常常是缓慢的，故需要的是小流量的泵； 另一方面，由于流水作业的设备管道较长，而且化学反应的压力较高，所以又需要高 扬程的泵p j 。因此，小流量高扬程的泵得到了越来越广泛的应用。 目前应用在小流量高扬程工况下的泵主要有多级离心泵、高速泵、旋涡泵，它们 各有优缺点。多级离心泵加工困难、维修不便；高速泵通过提高转速来提升扬程，但 价格昂贵，增速齿轮箱易损坏；旋涡泵由于叶轮流道的严重扩散而容易导致小流量工 况下运行不稳定，并且该泵对含有气体和蒸汽的液体输送性能不良。面对小流量高扬 程工业市场的不断扩大，同时为了解决上述泵存在的问题，国内外学者在迷宫螺旋密 封的基础上推广研发出新型迷宫螺旋泵。迷宫螺旋泵最早出现于2 0 世纪6 0 年代的前 苏联，当时主要是为了解决含颗粒的黏性介质输送问题，并填补离心泵在高扬程小流 量的性能空白斟4 刮。2 0 世纪8 0 年代末，我国也开始了迷宫螺旋泵的研制工作。经过 多年的研究，迷宫螺旋泵的设计、制造技术等方面取得了一定的成绩。目前已研制出 的泵型有卧式、立式、悬臂式和两端支撑式等。 1 2 迷宫螺旋泵的前人研究成果 迷宫螺旋泵是近年来新开发的一种泵，现有的文献资料并不多。目前，开展对该 泵研究的国内院校主要有北京化工大学和江苏大学。经过国内外学者的共同努力，对 迷宫螺旋泵工作特性的研究取得了一定的成果，主要表现在以下一些方面f 7 母j ： ( 1 ) 关于转子型线和参数，归纳出如矩形、梯形、三角形和半圆形等螺纹基本 型线； ( 2 ) 研究了螺纹参数对泵特性的影响舰律，其中4 螺旋角、径向缭、齿顶宽度 和螺纹头数对泵特性影响最大： ( 3 ) 泵流量、扬程、功率的变化分别与转速呈1 、2 、3 次方关系； ( 4 ) 迷宫螺旋泵有优良的自吸性能： ( 5 ) 泵的效率和转速主要取决于所输送介质的黏度； 北京化工大学硕士学位论文 ( 6 ) 螺旋槽深的取值直接影响到泵的扬程、流量、效率。 1 3 计算流体动力学与f l u e n t 软件 任何流体的运动规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础 的。这些基本定律可由数学方程组来描述，如欧拉方程、n s 方程。采用数值计算方 法，通过计算机求解这些控制流体流动的数学方程，进而研究流体的运动规律，这样 的学科就是计算流体动力学。 c f d ( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ) 技术，即计算流体动力学技术。随着计算 机技术的推广普及和计算方法的新发展，c f d 数值模拟技术几十年来取得了蓬勃的发 展。由于数值模拟相对于实验研究有很独特的优点，比如成本低、周期短、能获得完 整的数据、能模拟出实际运行过程中各种所测数据状态，对于设计、改造等商业或实 验室应用起到重要的指导作用，故而c f d 技术得到了越来越多的应用【旧一1 1 。 f l u e n t 公司是全球最大的c f d 软件供应商和技术服务商，在众多的c f d 软件研 发厂商中，f l u e n t 软件独占4 0 以上的市场份额，具有绝对的市场优势。在商用c f d 的发展历程上，f l u e n t 软件是绝对的领导者和技术先行者。f l u e n t 公司的软件设计基 于c f d 软件群的思想，针对各种复杂流动的物理现象，f l u e n t 软件采用的数值解法， 以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到优化组合，从而高效的解决各个领域的复 杂流动计算问题，模拟流动、传热和化学反应等物理现象。并且由于采用了统一的前 后置处理工具，在各种软件之间可以方便的进行数据交换。f l u e n t 软件的主要特征表 现在六大方面： ( 1 ) 强大的网格支持能力。支持界面不连续的网格、混合网格、变形网格以及 滑动网格等； ( 2 ) 独一无二的动网格技术。主要解决边界运动问题，用户只需指定初始网格 和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成； ( 3 ) 先进的数值解法。包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法和耦合 隐式算法： ( 4 ) 博采众长的物理模型功能。使用户能够精确地模拟无黏流、层流、湍流、 传热和传质、多孔介质、化学反应、颗粒流动、多相流、自由表面流、相变流等复杂 的流动现象： ( 5 ) 高效率的并行计算功能。提供多种自动分区算法，内置的m p i 并行机制可 以大幅度提高分布式并行效率； ( 6 ) 强有力的图形后处理功能。可以以动画、图形、曲线以及具体数字报告的 方式对计算结果进行方便的处理，而且还有专门针对旋转机械的后处理功能。 f l u e n t 软件推出多种优化的物理模型，如定常和非定常流动、层流( 包括各种非牛 2 卜i弋 第一章绪论 顿流模型) 、湍流( 包括最先进的湍流模型) 、不可压