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离心泵的数值研究性能预测摘要：离心泵性能预测是目前主要基于数值计算和研究的，大部分只集中于一种模式。因此，研究结果不具代表性。若要使数值计算方法和性能预测离心泵得到改善，表现在设计流量和离心泵模型设计流量及关闭，其具体速度是不同的，通过使用商业软件 FLUENT 模拟。在 FLUENT 中选择标准 k - 湍流模型和 SIMPLEC 算法。仿真是稳定和移动参考构架，应考虑叶轮，蜗壳相互作用。此外，对于如何处理与叶轮和蜗壳的差距，提出了网格数量和效果进行了审议。对离心泵性能预测模型，建立了根据模拟结果。对头部和不同流量的 6 种型号的效率进行了预测并且实验结果和预测结果进行了详细的比较。比较结果表明，头部的预测精度和效率均小于 5以上。该流程的分析表明，流量变化具有的位置和背后的叶轮叶片进口和进口的速度方向低压区面积的重要作用。这项研究表明，采用FLUENT 软件模拟结果预测离心泵性能是可行的和准确的。该方法可应用于工程实践。关键词：离心泵，性能预测，数值研究1、介绍泵的性能由内流的特征，特性和内流分析决定以提高泵的性能无疑是最好的方法。因此，为了准确预测水泵的理论性能，在泵流场必须精确得到，过去几年，随着计算机技术和计算（CFD ）的流体动力学，数值模拟的快速发展，如理论分析和实验研究及研究流场在国内外泵和泵的性能预测上，已成为一个重要工具。不稳定模拟一低比高速离心泵工作由圣何塞等人基于 FLUENT 的动态特性预测做成，叶轮和蜗壳，泵的性能的研究是通过实验数据验证。BYSKOV 等人运用商业代码精细 /涡轮，由粒子图像测速（PIV）和实测数据激光多普勒测速仪（LDV）做了在设计大型离心泵涡模拟流程率和关闭设计流量预测泵特色，并与预测结果吻合良好。在中国，赵等人使用移动参考框架，做了耦合叶轮，蜗壳模拟在离心式水泵流量的预测性能，FUENT ，陈等人，模拟了一个单一的非定常流道泵，以上结果都与带泵试验数据相一致。前面提到通过数值模拟预测方法的离心式水泵的业绩成就，是相当令人鼓舞的，这些方法越来越广泛地应用在泵水力设计。然而，大多数研究只关心一种泵，前人研究的预测模型没有任何特色。更关键的问题是如何处理与叶轮和蜗壳的差距，以及如何考虑电网数效应。所以，以前的研究结果不具有代表性和普遍性。我们本文的目标是详细评估数值精度的预测方法。因此，6 个典型的离心泵作为研究模型，并选择了 FLUENT 软件用来设计小和大流量水泵的模拟条件。FLUENT 软件选择了 k - 湍流模型和 SIMPLEC 算法标准，仿真是稳定并且移动参考框架是用来考虑转子定子的互动。依法取得模拟头该模型的效率曲线，并进行了对比实验数据。此外，流场也进行了分析。2、研究模型及其预测算法该模型的具体速度由 34 至 260 不等，实验和几何参数以及设计流量列于表。叶轮的三维模型，蜗壳和吸力由专业软件 Pro / E 制作及叶轮和蜗壳之间被追加到差距叶轮（如图所示。1） 。叶轮和蜗壳进口适当延长以减少出口在内部流动的边界条件的影响。开局时，FLUENT 软件的预处理器，是用于生成网格模型和网格质量检查。由于该泵的几何尺寸是非常复杂的，采用“EquiAngle 倾斜”和“EquiSize 斜交网格产生的“四面体网格均小于0.87，因此电网质量是好的。相对论的网格数考试工作被应用于每个模式。当泵上的网格数量的影响特色小于 2，其效果将被忽略。收敛残差精度为 0.00001。图 1、第 4 号泵的计算区2.1 模型实验研究所有的模型泵在江苏大学进行了测试。实验过程是开放循环的，包括水库开放给空气，吸入阀，一个测试泵，排水管道和一个排放阀。每个模型泵有一个单一的轴向吸力和蜗壳。在循环中，水被抽出，并返回到一个巨大的水库。流速为受放电阀和电磁流量计测量。转速由加信号检测。流量不确定性被发现总是小于 0.5。头和效率的不确定性，一直保持 1和 1.5。实验数据显示于表中。2.2 边界条件入口边界条件：假设进口速度在轴方向一致，其价值等于比流量和入口区：其中 Q 是流量，泵的进口和湍流动能耗散率在进口处的 in 可以通过以下公式估算：其中 L 是湍流尺度和 l = 0.07Din，C = 0.09。出口边界条件：“流出”的实施泵出口比重和流速设置为 1。墙边界条件：无滑移条件执行在墙面和标准壁面函数应用于邻近地区。2.3 预测算法头 H 是由下列公式计算： 其中噘嘴是在蜗壳出口总压，引脚是在叶轮进口总压， 为液体密度，g 是重力加速度。液压效率 h 计算公式为：其中 M 是叶轮扭矩， 是角速度。容积效率 v 计算公式为：总效率 计算公式为：其中 Pe 是水电及 Pe=gqH，Pd 是磁盘摩擦损失，其计算方法是参数法。3 预测结果与分析图、2 显示性能预测和实验曲线，包括流量水头和流量曲线率效率曲线。据图中的数据二，预测误差可以计算如下：其中 H 是头部的差异， 是效率差异，Hp 是头部预测， He 是实验头，p 是预测的总有效率，e 是实验总效率。计算结果差异：所有的流量头部的每个模型，预测最大差异为 4.81，最小误差为0.24，平均差距是 2.49，最大的差异预测总效率为 4.52，最小误差为 0.08，平均误差为 2.02。流量设计率，预测头部最大的差距是 4.81，最低的差距为 0.65，平均差距 2.02，而最大的差异总预测效率为 4.42，最小误差为 0.54;平均误差为2.4。计算表明，所有的差异都在 5以内。更多信息可从差异计算。预测预报效能没有显示相同的趋势，这意味着前者是大于实验数据，而后者可能较小，等差异是头部和预测预报效率差异。分析还表明，业绩预测精度在设计流量不是最高的。4.内部不同流动点流场分析4.1 静压分布如图 3 所示，在不同的流速下，从叶轮进口到出口的静压逐步增加，并且静态压力侧压力明显大于在同一侧同半径吸叶轮压力。根据等压线密度发现，静压增加流速缓慢。 在小流速时，在吸力面的叶片进口有一个明显的低压区，特别是在流动通道 1，23，在空化易发生。当流量增加时，该地区接近叶片中的吸力面，特别是在流动通道 1，2和 3。关于扩散蜗壳出口段静压明显在小和设计流量的增加而在同一个地方的静态压力下降明显在大由于流减水率的限制和设计流量较大的偏移，分布在叶轮和蜗壳的静压变得明显紊乱和不统一，特别是舌头蜗壳的附近。4.2 相对速度的分布如图 4 所示，相对速度在任何流量不同的水流通道的分布显然是不同的，这表明，蜗壳对叶轮内部流动具有重要作用。对于不同的流率，特别是在不同的流动通道 1，2和 3，叶轮的相对速度分布明显不同。在小流量的叶片压力面，有一个相对速度较低的很大的“死水“地带。由于泵流量的增加，该区域逐渐变小，特别是在流道 2。同时，从入口运放的分布可以发现，该方向的非设计流程率在叶片进口的速度变化明显，从而导致对刀片产生重大影响。该事件在大流量的角度是消极的，在小流量是积极的，这与理论分析吻合。5 结论本文用商业软件 FLUENT，耦合模拟六详细介绍了离心泵在不同流量预测模型及特征离心泵是成立的。以及如何处理叶轮和蜗壳之间的差距，提出和网格数量的影响。主要研究结论如下。（1）头部和预测预报的差异总有效率均小于 5。对于所有流量的每一个模型，总平均误差为 2.49和预测平均误差为 2.02。头部和预测预报的效率不显示同样的趋势且设计流量的性能预测精度不是最高的。（2）在小流量叶片进口端有一个明显低压区，随着流量的增加，该地区接近叶片吸力面的中间。小设计流量该蜗壳出口段静态压力扩散显著增加，而在大流量在同一个地方的静态压力明显下降。由于泵的流量的增加，“死水”地带逐渐变小。在叶片进口的速度变化明显，在非设计流程时。入射角在大流量的是消极的，它在小流量是积极。（3）本文研究表明，该数值方法对离心泵性能产生了良好的预测，可应用于实践。图 3。3 号静泵面临的压力分布（kPa） 图 4。第 3 号泵叶轮中面相对速度分配及其在入口运放的分布（米/秒）参考资料1 MAJIDI K. Numerical study of unsteady flow in a centrifugal pumpJ. Journal of Turbomachniery, 2005, 127: 363-371.2 JOS Gonzlez, JOAQUN Fernndez, BLANCO E, et al. Numerical simulation of the dynamic effects due to impeller volute interaction in a centrifugal pumpJ. Transactions of the ASME, 2002, 124: 348-354.3 JOS Gonzlez, SANTOLARIA C. Unsteady flow structure and global variables in a centrifugal pumpJ. Journal of Fluids Engineering, 2006, 128: 937-946.4 BYSKOV R K, JACOBSEN C B, PADERSEN N. Flow in a centrifugal pump impeller at design and off-design conditions Part : large eddy simulationsJ. Journal of Fluids Engineering, 2003, 125: 73-83.5 PADERSEN N, LARSEN P S, JACOBSEN C B. Flow in a centrifugal pump impeller at design and off-design conditions Part I: particle image velocimetry(PIV) and laser Dopplervelocimetry(LDV) measurementsJ. Journal of Fluids Engineering, 2003, 125: 61-72.6 ZHAO Binjuan, YUAN Shouqi, LIU Houlin, et al. Three-dimensional coupled impeller-volute simulation of flow in centrifugal pump and performance predictionJ. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 19(1): 59-62.7 CHEN Hongxun, ZOU Xuelian. Unsteady flow characteristicperformance within single channel pumpJ. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 41(11): 163-170. (in Chines
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