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蜗壳式离心泵外特性仿真与实验研究
蜗壳式离心泵外特性仿真与实验研究
摘要：
本文对蜗壳式离心泵的外特性进行了仿真与实验研究。首先，利用计算流体力学（CFD）软件对离心泵进行了三维流场分析，得到了离心泵的静态压力、速度及流量分布。同时，还采用了数值计算方法得到了离心泵的叶轮输出流量和扬程随流量的变化曲线。接着，进行了蜗壳式离心泵的实验研究，得到了离心泵的流量、扬程、效率和轴功率等外特性指标随流量的变化规律，并将实验结果与仿真结果进行对比分析。研究结果表明，仿真和实验结果吻合较好，验证了仿真方法的可靠性，并对蜗壳式离心泵的设计和优化具有实际意义。
关键词：蜗壳式离心泵；外特性；仿真；实验
Abstract:
Inthispaper,theexternalcharacteristicsofthesnail-shellcentrifugalpumpwerestudiedbysimulationandexperiment.First,thethree-dimensionalflowfieldanalysisofthecentrifugalpumpwascarriedoutusingComputationalFluidDynamics(CFD)softwaretoobtainthestaticpressure,velocityandflowdistributionofthecentrifugalpump.Atthesametime,thenumericalcalculationmethodwasusedtoobtainthevariationcurveoftheoutputflowrateandheadoftheimpellerwiththeflowrate.Then,theexperimentalstudyofthesnail-shellcentrifugalpumpwascarriedouttoobtaintheexternalcharacteristicindicatorssuchasflowrate,head,efficiencyandshaftpowerofthecentrifugalpumpwiththechangeofflowrate,andtheexperimentalresultswerecomparedandanalyzedwiththesimulationresults.Theresearchresultsshowthatthesimulationandexperimentalresultsareconsistent,whichverifiesthereliabilityofthesimulationmethodandhaspracticalsignificanceforthedesignandoptimizationofthesnail-shellcentrifugalpump.
Keywords:snail-shellcentrifugalpump;externalcharacteristics;simulation;experiment
引言：
离心泵是一种广泛应用于水处理、制药、石化等领域的流体机械设备。蜗壳式离心泵是离心泵的一种，具有流量大、扬程高、效率高等优点，被广泛应用于大型水处理系统、电站冷却循环等领域。然而，在实际应用中，为了保持离心泵的稳定运行，需要对其外特性进行深入研究和优化设计。因此，研究蜗壳式离心泵外特性具有十分重要的应用价值。
一、蜗壳式离心泵的原理
蜗壳式离心泵是属于离心泵的一种，主要由叶轮、蜗壳和轴组成。其工作原理为通过电机带动轴转动，从吸入口处将液体吸入，经过叶轮的旋转，产生离心力将液体向外抛出，最终通过蜗壳将流体送出。
二、蜗壳式离心泵的外特性仿真
在CFD软件中建立三维模型，采用标准的k-ε湍流模型进行流场计算。计算中，采用三个表面压力出口进行模拟，并设置了合理的进口流量来保证计算结果的准确性。
图1：离心泵压力分布
图2：离心泵速度分布
图3：离心泵流量、扬程变化曲线
三、蜗壳式离心泵的外特性实验
建立实验台，采用电测法测量离心泵的流量、扬程、效率和轴功率等外特性指标随流量变化的规律。实验结果如下：
图4：离心泵流量、扬程变化曲线
通过实验测试，得到了蜗壳式离心泵的流量、扬程、效率和轴功率等外特性指标随流量变化的曲线，如图4所示。可以看出，随着流量的增加，离心泵的扬程逐渐降低，效率也逐渐下降。
四、仿真结果与实验结果对比分析
将仿真结果和实验结果进行对比分析，如下图所示：
图5：仿真结果和实验结果对比分析
由图5所示，仿真结果和实验结果吻合较好，误差较小，说明仿真方法具有较高的可靠性，并且可以作为离心泵设计和优化的工具。
五、结论
本文对蜗壳式离心泵的外特性进行了仿真和实验研究