节能离心泵全流道数值模拟及性能预测

水泵在众多工业领域中有着广泛的应用,发挥着重要的作用,但与此同时,由于流体设计方面的原因,传统水泵的效率不高,成为相应行业中耗电的“大户”。因此提高泵的效率,降低泵的能耗,改善泵的性能,不仅具有重要的工业价值,而且具有理论意义。 传统的泵的设计方法基于半理论、半经验和试验验证的基础上,即“设计—试制—试验—改进”的设计方法,该方法受研究手段所限不能全面了解泵内部流场分布及流动特点,在设计上存在诸多值得改善的地方。近年来,随着计算流体力学（CFD）的发展及应用,使得通过数值仿真,全面研究离心泵内部流动已经成为可能。 本论文以某新型节能离心泵为研究对象,利用现代非结构网格技术离散泵全流道区域,用κ-ε双方程模型和大涡模拟方法分别对不同工况下的内部流动进行了分析,并对不同叶轮组合情况下泵的性能进行了对比研究。主要研究工作如下: （1） 在查阅大量文献的基础上,综述了计算流体力学在流体物理、网格技术以及计算方法等方面的发展及动态,以及CFD在流体机械内部流动数值模拟方面的应用,并对雷诺时均方程、标准κ-ε模型和基于非结构网格的有限体积法和SIMPIEC算法在离心泵流场中的应用进行了全面的总结。 （2） 应用GAMBIT软件,对三维扭曲叶片,叶轮区域、导流槽区域、旋流管区域和进出口区域分别进行了三维几何建模,结合现代非结构网格技术,对流道各区域进行了网格划分,并用非一致网格对接技术,实现了各区域的流动信息交换。通过TGRID软件连接各计算区域,成功建立了具有复杂流道的节能离心泵从进口到出口区域的全流道三维数值计算模型。 （3） 基于标准κ-ε双方程模型、现代非结构网格技术和有限体积离散方法,使用Fluent流体动力学软件,计算了四叶片型式下,12种不同流量工况下的水泵扬程、轴功率和效率,并与试验结果进行对比,吻合较好,从而验证了此次数值建模和计算方法的正确性。

离心泵有立式、卧式、单级、多级、单吸、双吸、自吸式等多种形式。其主要的工作原理有：离心是物体惯性的表现。比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动。就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块将会飞出。这个就是所谓的离心离心泵就是根据这个原理设计的。高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出，从而达到输送的目的。