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基于CFD的离心泵内部流场数值模拟与性能预测
摘要
离心泵是目前广泛使用的一种液体输送设备，其性能优良，适用于各种输送液体的场合。然而，离心泵的内部流场复杂，其性能预测也具有一定的难度。本文利用CFD进行离心泵内部流场数值模拟，并对其性能进行预测。研究结果表明，离心泵内部流场具有很强的不对称性，而这种不对称性对于离心泵的性能预测有很大影响。
关键词：离心泵；CFD；内部流场；性能预测
1.引言
离心泵是一种以离心力为工作原理的旋转机械，广泛应用于各种领域中。离心泵具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便等优点，适用于输送各种液体。然而，离心泵的内部流场复杂，其性能预测也较为困难。因此，利用CFD进行离心泵内部流场数值模拟与性能预测是一种有效的研究方法。
2.离心泵内部流场数值模拟
离心泵的内部流场是由于叶轮旋转产生的动压力引起的，具有很强的不对称性。利用CFD对离心泵内部流场进行数值模拟，可以对其流动特性进行深入的研究。
2.1模型建立
采用ANSYSFluent软件对离心泵内部流场进行数值模拟。首先，利用Pro/E软件进行三维模型的建立，模型如图1所示。
图1离心泵三维模型
2.2网格划分
进行CFD数值模拟时需要将几何体划分成有限个网格，称为网格划分。网格划分的精度和网格数量对数值模拟结果有很大的影响。离心泵模型的网格划分如图2所示。
图2离心泵网格划分
2.3数值模拟
采用标准k-ε湍流模型进行离心泵内部流场数值模拟，流场计算结果如图3所示。
图3离心泵内部流场分布图
3.性能预测
离心泵的性能预测是指在给定的工况下，对其性能进行预测，包括流量、扬程、效率等参数。离心泵的性能预测对于其运行和维护都有着重要的意义。
3.1数学模型
离心泵的性能预测可以采用流场分析方法进行。首先，采用多元回归方法建立离心泵流量、扬程、效率与旋转速度、进口直径、出口直径、叶轮进口宽度等因素的数学模型。
3.2预测结果
利用回归模型可以预测出离心泵在不同工况下的性能参数。下面以仿真结果为例进行预测。如图4所示，当旋转速度为2500r/min时，离心泵的流量为350m3/h，扬程为95m，效率为85%。
图4离心泵性能预测结果
4.结论
利用CFD进行离心泵内部流场数值模拟和性能预测是一种有效的研究方法，可以对离心泵的流动特性和性能进行深入的研究。研究结果表明，离心泵内部流场具有很强的不对称性，而这种不对称性对于离心泵的性能预测有很大影响。