离心泵内部流动空化特性数值模拟与分析

【摘要】：离心泵是流体机械中使用频率最高的一种泵型,在关乎国民经济的各个重要部门,如能源,交通,农业等和日常生活各领域都应用极为广泛,并且伴随离心泵技术亦发展,其应用和影响亦越大。空化是一种气液两相间存在质量交换的非定常可压缩湍流流动现象,它是影响泵性能和效率的主要因素。而离心泵效率的提高无疑会减少社会能源需求的压力,符合当今社会倡导节能,减排的主题。因此,实现离心泵内部空化流动数值模拟和分析,提高离心泵的性能和效率,进而节约能源消耗,有着重要意义。本文采用当前通用的三维建模软件UG NX和流体仿真软件ANSYS围绕离心泵建模、空化数值模拟开展了以下主要研究及获得主要结论有:1、对离心泵叶轮进行了三维造型和全流道四面体非结构网格的生成及划分。2、基于ANSYS-CFX,对离心泵不同流量工况下(0.8Q,1.0Q,1.2Q)内部气液两相流场的空化特性进行数值计算,选用RNG k-ε湍流模型考虑湍流影响,采用均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程考虑空泡影响,并在计算中对各种有效空化余量的叶片表面空化发展和空泡体积分数分布进行分析,结果显示叶片表面空化发展的位置和空泡体积分布能定性的反应离心泵内空化流动发生和发展的过程。即:空化的初生最早出现于叶片背面进口边附近处,且伴随压力的降低,空化向叶片中部发展,空泡分布区域亦随着空化的进行不断扩大,当空化严重时,空泡几乎占据整个叶片表面,空泡阻塞流道,破坏液流连续性,最终造成泵的性能下降、扬程降低、发生空蚀。3、空化发生的位置与低压区相对应,但空泡体积分数最高点相比压力最低点在叶片进口稍微靠后。4、利用后处理软件CFX-Post,计算得到泵的扬程、扭矩、效率等特性参数,作出空化特性曲线,扬程、效率—出口压力曲线,将得到的结果与实验值相比较(在设计工况下),验证CFX空化数值模拟的准确性。