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FLG40-200离心泵内流场数值模拟及性能改善

张韬  
【摘要】: 以计算流体力学(CFD)为基础的流场数值模拟技术,是揭示流体机械内部流场特性的有效工具,也是流体机械产品性能优化和缩短产品开发周期的有效手段,已成为流体机械CAD辅助设计的发展方向。 本文的主要研究工作包括: 1.在查阅大量文献的基础上,综述了计算流体力学及CFD数值模拟技术的发展历程,以及CFD数值模拟技术在离心泵流场数值模拟中的应用,并指出了目前存在的不足。 2.在分析比较离心泵整机数值模拟的各种耦合模型和模拟方法的基础上,通过Pro-E软件构建了FLG40-200离心泵的整机三维水力模型,运用CFD前处理工具GAMBIT对该三维模型实行了分块网格划分,并以CFD商业软件Fluent实现了该离心泵的整机定常和非定常数值模拟。 3.针对离心泵非定常数值模拟的传统收敛判据存在的不足,提出了一个新的收敛判据,并运用新判据,对IS80-65-160离心泵和本文研究对象FLG40-200离心泵的非定常数值模拟进行了收敛分析,分析过程中将新判据和传统判据进行了对比,发现两者所得结果一致,但新判据为流场的稳定性程度提供了定量指标,且在低比转数离心泵的小流量工况下表现出了传统判据所没有的优势。 4.在总结离心泵圆盘摩擦损失和容积损失计算方法的基础上,确定了适用于低比转数离心泵的圆盘摩擦修正和容积修正方案。并应用该修正方案,以数值模拟所得的流场信息为基础,得到了离心泵在不同工况下的性能参数。以泵试验数据为依据,比较不同的模拟方法所得结果的精度,结果发现:对于本文所研究的泵,非定常数值模拟获得的预测结果较符合试验数据。之后,绘制了泵特性曲线,并深入分析了叶轮和蜗壳的内流场。 5.以上述分析为基础,以节能为目标,进行了泵性能优化,并运用整机非定常数值模拟手段对优化结果进行了检验。结果显示,取得了一定的优化效果,效率提高了2%,且离心泵的扬程亦满足设计要求。


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