离心油泵蜗壳内部三维粘性流体流动

【摘要】： 本文研究内容是2003年原兰州理工大学学特色研究方向及学术梯队资助计划项目的一部分。 蜗壳式离心油泵是一种在石油化工流程中广泛的离心油泵。蜗壳是离心油泵的一种重要部件。由于液体存在粘性，所以蜗壳内存在能量(水力)损失。另外，蜗壳内部流动还影响叶轮周围的压力分布，影响叶轮运转可靠性。为了使离心油泵具有较好的水力性能和较高的可靠性，国内外学者对离心泵蜗壳的内部流动和水力性能都进行过深入的研究。但是有关粘油在蜗壳内的三维紊流和层流流动目前还没有人研究过。本文试图采用计算流体力学(CFD)的方法研究离心油泵蜗壳内部三维复杂流动和水力性能，旨在认清粘性流体在离心油泵内部流动规律，为离心油泵蜗壳水力性能分析和水力设计提供理论依据。 本文利用FLUENT6.1.2 CFD软件和几何建模及网格划分的GAMBIT2.0处理软件，在不同的流体粘度下，分别计算了90°方形断面弯管、两种不同扩散角的弯曲圆断面扩散管以及一种离心油泵蜗壳内部三维紊流和层流流动，并与实验数据进行了对比。研究了网格数和紊流模型对计算结果的影响。给出了不同粘度下蜗壳内部流动状态、压力恢复系数和水力损失系数的变化规律。研究了工况、粘度、蜗壳壁面粗糙度对内部流动、水力性能的影响。结果表明： (1)弯管的90°弯头的局部阻力系数与雷诺数有关。 (2)弯曲扩散管的扩压能力随雷诺数的减小而降低，水力损失随雷诺数的减小而增大。 (3)蜗壳内部流动是存在二次流的非均匀流动。 (4)工况对蜗壳内部流动、压力恢复系数、水力损失系数是有影响的。 (5)被输送液体粘度对蜗壳内部流动、压力恢复系数、水力损失系数均较大影响。粘度的提高不但使蜗壳水力损失增加，而且会使扩散管失去扩压功能，水力性能变坏。 (6)蜗壳水力损失主要发生在螺旋部分，但是当粘度增高后，扩散管的水力损失所占比例提高。因此粘度较高时扩散管的设计要留意。 (7)叶轮与蜗壳不对中对蜗壳的二次流分布有一定影响，但对水力性能的影响不大。 (8)蜗壳壁面粗糙度对蜗壳内部流动和水力性能的影响比较小。