基于CFD径向流式离心泵叶轮的性能预测.doc

机械科学与技术学报23（2009）1620〜1627机械科学技术
www.springerlink.com/content/1738-494x
DOI10.1007/s12206-008-1106-1
基于CFD径向流式离心泵叶轮的性能预测
作者：SuthepKaewnai,ManuspongChamaootandSomchaiWongwises
流体力学，热工和多相流研究实验室。（未来），机械系工程，KingMongkut大学，Bangmod(地名），曼谷10140，泰国
（收稿时间，2006年8月31日，2008年4月20日修订;接受，2008年11月17日）
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摘要
这项工作的主要目标是使用计算流体动力学（CFD）技术，分析和预测离心泵叶轮径向流型的性能。分析了叶轮在以下设计条件：流量528m3/h;速度为1450转，扬程20米。或特定的速度3033L/min（NS）美单位。第一阶段涉及设计叶轮的域的网格生成和细化。第二识别网设备齐全模块的初始和边界条件的阶段。在最后阶段，不同的计算结果和叶轮的性能影响因素的分析。结果表明，叶轮在接近设计点的19.8米总水头上升。叶轮的损失系数为0.015在0.6<Q/Q设计<1.2。最大叶轮的水力效率0.98在Q/Q设计=0.7。扬程系数的理论仿真结果和实验数据之间的静态压力上升系数比较的基础上，从文献报道的前期工作[Guelich，Kreiselpumpen，施普林格，柏林，2004]，使用此方法可以用来模拟离心泵叶轮径向流型的性能。
关键词：离心泵;CFD;叶轮径向流

1。介绍
CFD在流体力学中起着重要作用。由于数值方法的进展和计算机能力，离心泵叶轮设计如今已被使用分析三维Navier-Stokes方程的程序或CFD软件提前预测叶轮性能。然而，无论是预测和设计不能轻松完成，在没有足够的信息和经验条件下。如果CFD结果不同于设计值，是可以在投入实际生产前重新设计叶轮。多年来，不少人已研究了CFD在计算流体力学和涡轮机的应用[1-8]。然而，有少数应用CFD研究涉及预测径向流式叶轮的。到目前为止，已经只有两个作品[9][10]，在处理这一问题。
[9]分析了约30个泵叶轮在特定速度12至160（公制单位）之间的应用商用三维Navier-Stokes程序的标准方案k-ε湍流模型。扬程和效率得到软件和测量的比较。一套相当严格的CFD计算规则为了减少网格和计算参数对结果的影响。
[10]进行了在特定的速度32（公制单位）和外叶轮半径为204.2毫米，使用CFX的代码，离心泵叶轮和蜗壳的三维CFD模拟。提出了一个三维流叶轮与结构网格模拟。在不同网格质量和各种湍流模型的基础上，进行灵敏度分析。最终合适的叶轮模型用于三维非定常流模拟叶轮，蜗壳部分阶段。几个叶轮叶片和蜗舌相对位置进行流动模拟。虽然有些信息是目前可预测在径向流式叶轮的CFD应用，仍然有进一步的研究空间。在本研究中，主要关注的是
-预测理论的扬程，在任何体积流量或理论扬程系数
-预测总水头上升，在任何体积流量或总扬程系数叶轮
-预测损失，在任何体积流量叶轮或叶轮损失系数
-确定叶轮总水头上升的湍流模型的影响
-检查平方厘米分布影响的损失（流量-扬程曲线不稳定）混合均匀
-实验的方法来验证CFD结果
2。叶轮设计过程
通常情况下，设计的叶轮有两种方法：
直接法和逆方法。在本研究中，是使用直接的方法。图1显示确定流量Q扬程H与转速，N与规格的叶轮的叶轮设计过程。

Fig.1.Designprocessofimpeller.
图1。叶轮的设计过程。

3。在本研究中的数学模型的基本方程在商用CFD软件CFX5.5。为三维不可压缩非定常流，旋转坐标系中的连续性方程和动量方程如下：
连续性方程

动量方程

4。高性能计算中的参数
在分析叶轮的CFD代码，速度和压力控制表面上的上游和下游侧的叶轮可以集成如下：
叶轮的静压上升系数

总水头上升系数

Fig.2.3Dvisualizationofimpeller
图2。可视化的三维叶轮

Fig.3.Meshonsimulationdomain.
图3。网格在模拟域。

理论扬程系数

叶轮的水力损失或损失系数

叶轮的水力效率

5。叶轮流量分析
基于这些设计细节：流量528m3/h;速度为1450转，扬程20米。或特定的速度3033L/min（NS）美单位。叶轮的尺寸计算如下：叶轮直径300毫米;出口宽度42毫米，叶片叶轮总数7，出口角度24.5°;叶轮如图。2。首先分析网格生成和域的细化。这个