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离心泵内流三维数值模拟

朱保林  
【摘要】:为了满足用户对泵的高负荷、大流量、高效率、低噪声和小体积的要求,泵的生成厂家正逐步采用高科技手段对泵进行研究和设计。近年来,随着计算流体力学(CFD)的发展,从研究离心泵流体流动机理出发,使用数值仿真研究离心泵内部流动,利用数值仿真结果来指导泵的设计已经成为重要的研究方向。采用数值模拟手段,一方面可以节省试验的资源,缩短新产品的研制时间;另一方面它可以显示从试验中难以得出的流动特征的细节。本文应用商业CFD软件FLUENT研究离心泵整机的内部流动,主要做了以下几方面工作: 综述了传统离心泵设计方法和现代基于CAD/CFD的设计方法以及离心泵内部流场计算方法的发展历史,简述了计算流体力学通用软件在离心泵中的应用情况。详细介绍了计算流体力学的基本理论和方法,包括各种湍流理论模型的对比分析,求解代数方程组的SIMPLE计算方法,以及各种网格生成技术。最后以型号为IS80-65-160的蜗壳式离心泵为例对整机流场进行计算。 考虑到离心泵曲面的复杂性,本文利用造型软件PRO/E对离心泵内过流部件进行造型,详细叙述了叶片的实体造型过程,然后将整体造型结果导入到GAMBIT中对实体模型进行处理划分网格,应用FLUENT分别计算了八种流量工况下的流动,得到了大量三维湍流场的分析结果,包括静压分布图、总压分布图以及速度矢量分布图等,为下一步优化离心泵设计提供了相关数据和改进的方向。 数值仿真结果捕捉到了离心泵内部许多重要的流动现象,发现了冲击、尾流、二次流等等不良流动现象。对计算所得的泵水力特性曲线与试验水力特性曲线作了比较,发现两者的吻合良好,从而验证了计算结果的与可靠性。


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