基于Fluent的离心泵内部流场数值模拟

第３３卷２０１１年４月第２期１８５－１８８页世界科技研究与发展ＷＯＲＬＤＳＣＩＴＥＣＨＲ＆ＤＶｏｌ．３３Ａｐｒ．２０１１Ｎｏ．２ｐｐ．１８５－１８８ｗｗｗ．ｇｌｏｂｅｓｃｉ．ｃｏｍ第１８５页通讯作者：Ｅｍａｉｌ：ｓｕｎｑｉ５２５＠１２６．ｃｏｍ基于Ｆｌｕｅｎｔ的离心泵内部流场数值模拟郭仁宁１孙琦，１肖桂田２徐林１（１．辽宁工程技术大学机械工程学院，阜新１２３０００；２．阜新盛明热电有限公司，阜新１２３０００）摘要：在对比了ＦＬＵＥＮＴ中所提供的湍流模型以后，选取了应用范围较广的标准ｋ－ε模型。计算完成后，分析ＩＳ１００－８５－２５０型离心泵在额定工况下和非额定工况下整机流场的速度压力分布，发现整体上的流场分布情况跟理论分析一致，而且也十分符合叶轮和蜗壳的设计原理。为了验证整机流场分析的准确性和可靠性，对该离心泵进行了性能试验，并作出了预测性能曲线，就离心泵的特性曲线进行了分析。通过扬程—流量、轴功率—流量、效率—流量特性曲线，得出模拟计算与理论分析基本吻合。最后对模拟计算作了总结。关键词：离心泵；流场；数值模拟；ＣＦＤ；叶轮；蜗壳中图分类号：ＴＨ３１１文献标识码：ＡＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐＢａｓｅｄｏｎＦｌｕｅｎｔＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＦｌｏｗＦｉｅｌｄＧＵＯＲｅｎｎｉｎｇ１ＳＵＮＱｉ，１ＸＩＡＯＧｕｉｔｉａｎ２ＸＵＬｉｎ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００；２．ＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．ＦｕｘｉｎＳｈｅｎｇＭｉｎｇ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏｎｔｒａｓｔｉｎｇａｌｌｏｆｔｈｅｖｉｓｃｏｕｓｍｏｄｅｌｓｉｎｔｈｅＦＬＵＥＮＴ，ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｋ－εｔｕｒｂｕｌｅｎｔｍｏｄｅｉｓｃｈｏｓｅｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｖｅｌｃｏｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｅｉｌｄｉｎｔｈｅＩＳ１００－８５－２５０ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｕｎｓｔａｎｄａｒｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅｆｌｏｗｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓａｃｃｏｒｄｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒａｎｄｖｏｌｕｔｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｍａｄｅｏｎｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．ＷｉｔｈｔｈｅＨｅａｄＦｌｏｗ，ＳｈａｆｔＰｏｗｅｒＦｌｏｗ，ＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＦｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｓ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｔｌａｓｔｔｈｅｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＣＦＤ；ｉｍｐｅｌｌｅｒ；ｖｏｌｕｔｅ１引言离心泵是一种应用极其广泛的机械，在农业和水利工程、城镇给排水、火力发电厂、固体颗粒液体输送工程、采矿工业、石油及化学工业、航天航空和航海工程、交通运输及医学等国民经济各部门得到了广泛应用［１］。传统离心泵的设计是靠实验手段为基础的设计，并借助经验判断来确定最终的设计方案，此过程是一种需要不断设计和实验的反复性工作，需要的周期较长，费用较高，且对经验的依赖性也较强。近十几年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟开始更为广泛地应用于离心泵的设计和流场分析中。Ｆｌｕｅｎｔ是一个用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的专用ＣＦＤ软件［２，３］，能够准确描述离心泵模型内部的流动情况，免去设计初期繁琐的原型生产和反复测试，快速评价出模型尺寸的变动对流动的影响，并导出改良方案［４］。最后通过计算机数值计算和图像显示的方法，把时间域及空间域上连续的物理量的场（如速度场、压力场等）非常直观地显示出来［５］。因此利用Ｆｌｕｅｎｔ对离心泵进行辅助设计成为一种可靠的方法。本文基于计算流体力学ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）理论，运用商用ＣＦＤ软件Ｆｌｕｅｎｔ研究了离