PDF《基于 Fluent 的无过载离心泵改型设计*》

735 435.3 号 泵的叶轮和蜗壳的网格数总和为

709 122, 计算收敛 精度为 10- 5[ 8] .

86 农业机械学报2009年图2改型前、 后叶片 Fig.

2 Blades of before and after modification ( a) 改型前 ( b)

1 号泵 ( c)

2 号泵 ( d)

3 号泵 图3改型前、 后的流道划分 Fig.

3 Meshing flow passage of before and after modification ( a) 改型前 ( b)

1 号泵叶轮 ( c)

2 号泵叶轮 ( d) 3号泵叶轮 ( 3) 求解器及方程离散格式的选取.选用分离 式求解器, 假定流动定常.湍流模型选取标准 k -E 模型, 近壁面采用标准壁面函数 [ 9] .压力和速度的 耦合采用 SIMPLEC 算法.压力方程的离散采用标 准格式, 动量方程、 湍动能与耗散率输运方程的离散 均采用二阶迎风格式.在迭代计算过程中, 通过监 测管路出口单位面积平均总压力的变化情况来判断 计算是否收敛, 松弛系数需要根据收敛情况做适当 的调整. (4) 边界条件的设置.进口条件: 假定进口速 度uin在轴向均匀分布, 具体数值由流量与进口面积 比值给定.进口湍动能 k 和湍流耗散率E给定 kin= 01005u

2 in E in= C 3/

4 L k 3/

2 in / l ( 3) 其中 l= 0107Dinlet 式中 CL ) )) 通用常数, 取0109 Dinlet ))) 叶轮进口直径 出口条件: 计算前出口压力未知, 采用自由出口 边界条件. 固壁条件: 在固壁处采用无滑移边界条件, 在近 壁区采用标准壁面函数. (5) 预测性能曲线的绘制.按照离心泵试验的 方法, 在0138 Qd~ 115Qd ( Qd 为设计点流量) 的范 围内将流量设定为

12 个不同的值, 分别为 0138Qd 、 016Qd 、 0174Qd 、 018Qd 、

0185 Qd、

019 Qd、 0195Qd 、 Qd、 1105Qd 、 111Qd 、

112 Qd 、

115 Qd .对12 个工况 点利用商业软件 Fluent 进行数值模拟, 并对模拟结 果进行计算, 最后绘制曲线.改型前、 后的离心泵预 测性能曲线对比如图 4~

6 所示. 图4改型前、 后的流量 -扬程曲线 Fig.

4 Flow-head curves of before and after modification 图5改型前、 后的流量 -效率曲线 Fig.

5 Flow-efficiency curves of before and after modification

5 结果分析 从以上的性能曲线对比图中, 可以看出:

87 第9期王洋 等: 基于 Fluent 的无过载离心泵改型设计 图6改型前、 后的流量 -功率曲线 Fig.

6 Flow-power curves of before and after modification ( 1) 采用加大流量法设计的

1 号泵, 扬程较改型 前有较大的提高, 最高扬程较改型前提高了

3 m. 流量 -效率曲线基本包络了改型前的流量 -效率曲 线.但是, 流量 -功率曲线较改型前有很大的增加. 而且, 流量 -功率曲线没有极值, 不符合无过载离心 泵的要求. ( 2) 采用完全堵塞流道法设计的叶轮(

3 号泵叶 轮) , 在小流量区域内, 效率最高, 而且在全流量范围 内功率都要小于改型前以及其他改型设计.可见, 完全堵塞流道可以有效地起到/ 节流

0、 降低功率的 作用.并且可以有效地减小流道扩散度、 减少水流 的撞击和脱流损失 [ 10] , 从而在小流量区域内提高了 低比数离心泵的效率.但是, 其扬程却比改型前更 低了, 没有达到提高扬程的目的. ( 3)

2 号泵在性能比较中最佳.不仅扬程较改 型前有较大的提高, 而且扬程曲线没有出现驼峰. 最高扬程基本与

1 号泵持平, 流量 -扬程曲线比

1 号 泵要陡峭.效率在小流量区域内与改型前基本相 同;

而在设计点和大流量范围内, 较改型前有明显提 高.而且