循环泵内部流场数值模拟

作者:网站采编
关键词:
摘要：００第１总７２１年期第３卷设计与研究２?５? ）Ｉ日六 ｔ１场循环泵内立 ，数值模拟及研究 徐希彬 ，宋文武 ，陈稹 ，戴思杰 ，李进军。１四川省机械研究设计院，四川成都６０６

００第１总７２１年期第３卷设计与研究２?５?　）Ｉ日六　ｔ１场循环泵内立　，数值模拟及研究　徐希彬　，宋文武　，陈稹　，戴思杰　，李进军。１四川省机械研究设计院，四川成都６０６；２（．１０９１０３　．西华大学能源与环境学院，四川成都６０３；．　３万家寨水电站，山西忻州０６１３４２）ｍｂｔ　摘要：从流体动力学理论基础出发，对循环泵的运用和性能进行分析，利用软件ＵＧ和Ｇａｉ对循环泵全流道进行了ＬＮＴ软件对循环泵的吸入室、叶轮及压出室进行了模拟流动计算与分析，得到模拟三维建模和网格划分，并利用ＦＵＥＦ分析的叶片、叶轮及泵体的速度分布图、压力分布图和绕流图。这种ＣＤ技术在泵水力设计中的应用可以比较准确地依了解泵叶轮及通流部件内部的水流运动规律，据三维紊流场的预测结果调整叶轮内的相关的几何参数，可以保证叶轮　内良好的流态，提高叶轮在全运行区域内的性能。Ｆ关键词：循环泵；ＣＤ；流场分析；三维建模；性能预测３１２中图分类号：０５．文献标识码：Ａ　０６３６（０００—０２—０文章编号：１０—０１２１）１０５４ｒｕｌｔｎｇｐｕｍｐｉｅｎａ　ｏｗ　ｅｄｖａｕｅｓｍｕｌｔｏ　ｎｄｒｓａｃＣｉｃａｉ　ｎｔｒｌｆｌｉｆｌ　ｌ　ｉａｉｎａ　ｅｅｒｈ　—ｎｂ　Ｏ　ｎＷＵ，ＣＥＺｅ　ＡＩ－ｅＳｊ　ＩｎｊＪｕＸＵＸｉｉ，ＳＮＧＷｅ—　ＨＮ　ｈｎ，Ｄ　ｉｉ，Ｌ　ｉ－ｎ１ｃｕｎＰｏｉｃａ　ｃｉｅｙＲｓａｃ　ｎ　ｅｉ　ｎｔｕｅｈｎｄ　１０３ｈｎ；．ｉｕ　ｎｖｒｉ，ＳＭｇｉｔ（．ｉｈａ　ｒｖｎｉｌａｈｎｒ　ｅｅｒｈａｄＤｓｎＩｓｔｔ，Ｃｅｇｕ６０６，Ｃｉａ２ＸｈａＵｉｅｓｙｈｎｄ　１０３ｈｎ；．ｎｉｈｉａＨｙｒｐｗｒＳａｉ，Ｘｎｈｕ０６１，ＣｈｎｏＣｅｇｕ６０６，Ｃｉａ３Ｗａｊｚａ　ｄｏｏｅ　ｔｔｎｉｚｏ　３４２ｉａ）ｓｒｃ：Ｔｈ　ｈｏｅｉａ　ａｉｆｏｔｅｆｕｄｄｎｍｉｓｉ　ｉｐｐｒｔｅｃｒｕａｉｇｐｍｐｕｅａｄｐｒｏｍａｃ　ｎｌｓｓｕｅＡｂｔａｔｃｂ　ｌｎｈｎｅｔｅｒｔｌｓｓｒｍ　ｈ　ｉ　ｙａｃ　ｔｓａｅ，ｈ　ｉｃｌｔ　ｕ　ｓ　ｎ　ｅｆｒｎｅａａｙｉ，ｓｍｂｔｎ　ｏ　－ｍｏｅｉ　ｎ　ｓ　ｅｅａｉ　ｏ　ｅｅｔ　ｏｏ　ｉｌｔ　ｕｎｏｔｒｌＧａｉａｄＵＧ　ｆ３Ｄ　ｄｌｇａｄｍｅｈｇｎｒｔｎｆｒｈ　ｎｉｅｆｗ　ｆｃｒｕａｉｇｐｍｐａｄｕｅＦＵＥｃｎ，ｎ　ｓ　Ｌ　ｓｍｕｍｉｇｏＮＴｔ　ｉｌｎｈ　ｏｏ　　ａｃｌｔ　ｎ　ｎｌｓｓｈ　ｉｃｌｔ　ｕ　ｕｔ　ｈｍｂｒｈ　ｍｐｌ　ｎ　　ｒｓｕｅｃａｅ．ｔｔｌｈｏ　ｔｅｆｗ　ｆｔｅｃｌｕａｉｎａｄａａｙｉｔｅｃｒｕａｉｇｐｍｐｓｃｉｎｃａｅ、ｔｅｉｅｌｒａｄｔｅｐｅｓｒ　ｈｍｂｒＧｅ　ｅｎｏｅｈｈｉｌｔ　ｎｌｓｓｆｔ　ｐｅ　ｆｈ　ｍｐｌ　ｎ　ｕ　ｏｙｄｓｒｕｉ，ｒｓｕｅｄｓｉｔ　ｎ　ｗ　ｉｇａＴｈｓｏ　ｈｔｅｓｍｕａｉｎａａｙｉｏ　ｅｓｅｄｏ　ｅｉｅｌｒａｄｐｍｐｂａ　ｉｔｂｔｎｐｅｓｒ　ｉｒｕｉｎａｄｆｏｄａｒｍ．ｉＣＦｉｏｔｂｏｌ　Ｄｅｈｏｏｙｉｔ　ｙｒｕｉｐｍｐｄｓｇ　ａ　ｅｍｏｅａｃｒｔ　ｎｅｓａｄｎ　ｆｈｏｇ—ｏｐｍｐｉｅｌｒａｄｉｅｌｒｎｈｃｔｌｎｎｐｓｔｃｎｌｇ　　ｅｈｄａｌ　ｕ　ｅｉｎｃｎｂ　ｒ　ｃｕａｅｕｄｒｔｎｉｇｏ　ｒｕｈｆｗ　ｕ　ｍｐｌｅ　ｎ　ｔｒａ　ａｔｆｅｍｏｅｎ，ｄｕｔｈ　ｌｒｏｔ　ｆ　ｌａｔａａｔｒｂｓｄｏ　　ｏｅａｔｅｕｔｏ　ｒｅｄｍｅｓａｗａｒ　ｍｐｅｇｒｔｒｅ　ｍｈｏ　ｔ　ｖｍｅｔａｊｓｔｅｉｅｌ　ｅｍｅｙｏ　ｅｅｖｎｐｒｅｅｓａｅ　ｎｔｅｆｒｃｓｒｓｌ　ｆｈｅ—ｉｎｉｎｌ　ｈ　ｓｔｏｕｂｌｎ　ｗ　ｌ，ａ　ｕｒｎｅ　　ｏｄｆｗ　ａｅｗｉｎｉｅｌ　ｎ　ｍｐｏｅｔｅｏｅａｉ　ｆｔｆｌｉｌｈｔｒｕｅｔｏｆｅｄｃｎｇａａｔｅａｇｏ　ｏｐ￣ｍ　ｔｉ　ｍｐｌｒａｄｉｒｖ　ｈ　ｐｒｔｎｏ　ｅｉｅｌｒｒｇｏ　　ｅｅｏｅｎｈｈｍｐｌ　ｅｉｎｉｔｏｅｐｒｏｍａｃ．ｗｈｌ　ｅｆｒｎｅｙｗｏｄ：ｉｌｔ　ｕｃｎＤ　ｌｎｌｓｓｆｆｗ　ｅｄＫｅ　ｒｓｃｒｕａｉｇｐｍｐ；ＣＦ；ａａｙｉｏ　ｏｆｌ；３Ｄ　ｏｅｉｇ；ｐｒｏａｃ　ｒｄｃｉｎｉ－ｍｄｌｎｍｏｅｆｒｎｅｐｅｉｔ我国经济持续快速发展，产品能耗加大，节能已成为我国发展的一项基本国策。循环泵不仅在中　央空调系统中大量使用，同时在现代国民经济各部　门中也有着广泛的应用．如水利工程、农业工程、市政工程、环境保护、热能工程、航空航天、冶金化工、核能工程等，尤其是循环泵在建筑、水利、　农业部门占主导地位的广泛应用。循环泵的节能与经济效益的提高，对国民经济的发展起着举足轻重　的推动作用。而循环泵作为动力系统，　耗电量也是相当大的。据统计，空调系统中循环泵的能耗占系统总能耗的８所　１％左右，以我们从循环泵方面考虑进行研究…。预测循环泵性能一直是水力机械及流体力学界迫切　需要解决的重要的课题之一。本论文从流体动力学理论基础出发，对循环泵ａｂｔ和运用和性能进行分析，运用当前流行的ＧｍｉＧｌｅｔＵ等三维软件进行几何物理建模，利用Ｆｕｎ软件进行数值模拟和计算，分析其内部流体的流动状】２况，并对计算结果进行分析【。１控制方程对循环泵内部流动的分析计算建立在以下的模０９０—１收稿日期：２０—１２１８一，男，山东临沂人，硕士研究生，主要研究方向为流体机械。作者简介：徐希彬（９３）　?６?２设计与研究００第１第３卷２１年期总７　型基础上。．方程和标准的Ｋ．紊流模型对循本文利用ＮＳ８环泵叶轮内部流动进行模拟计算。　三维不可压紊流连续性方程和动量方程为　　（：０　ｂ＋．）ｔ　　＠）‘一（＿Ｖ　＋＿ｅ）一ｇｆＴＢＶ＝’ｖ（：Ｕ＋２（）’ｐ２３　式中：Ｐ＝＋／为静压力；ｕ为速度分量；Ｂ　　为附加力总和，包括哥氏力及离心力　。　连续项紊动动能和耗散率方程为：　）　：　一攀　（　（）０＋（Ｖ．　＿（ｅＶｋＳ）Ｖｇｆ型特别有效的非结构化网　。对网格相关参数设置时，采取在叶轮的扭曲叶片头部、细小的区域设定较密的网格，然后以一定５】膨胀系数外推的方式［。这样，一方面能够合理地减少网格数目，另一方面也能较准确地捕捉到叶片区域的流动特性。同时，为了能够比较精确地模拟循环泵内部的流场，采用了网格自适应技术，在计算过程中让求解器自动判断并进行网格优化，以此６】达到捕捉流动细节的目的ｌ。ａｉ软件，对于Ｇｍｂｔ在一般情况下认为合格网格．５的等角斜率和等尺寸斜率应该不超过０８的质量要求　，经检查此模型网格的等角斜率和等尺寸斜率．０　均不超过０８，网格质量比较好。图３、图４分别为叶轮及整个循环泵流道整体　的网格图。．．：　１）　（ｐ）３）２ｅ（　ｄｌａｋ　中ＰＰ，＝　式：＝＋】１ＥＣ＝．ｌ４４／；。１；Ｃ￣．２；Ｃ“＝０９２＝１９＂，．９；ｏｋ＝１．＝１３；　　１（　Ｖ　一Ｖ?（ｌ．ｐ）Ｐ＝　?＋Ｕ）詈ｕｐＶＵ＋ｋ。２循环泵部件的三维建模和网格划分Ｏ～．２１叶轮及泵体流道的三维造型叶片与前后盖板生成后则可以按照统一的定位关系组合在一起，再通过布尔并运算后合并成为统的实体，这样就生成了叶轮体。另外在叶轮上除一了有叶片、前后盖板之外，还要有键槽以及平衡孔等。要构造这些结构，先要在指定的位置生成基本元素（如表示键槽的长方体素，表示平衡孔的圆柱，从体素等）然后通过布尔差操作，叶轮实体模型上去除这些基本元素，即可形成应有的实体。由于要在ＣＤ中进行计算，Ｆ故必须对叶轮流道进行三维造型。只需将前盖板前端面和后盖板后端面连成一体形成轮廓线，并通过旋转的方式生成一个实体，然后与阵列后的叶片进行差集的布尔运算，就得到叶轮流道三维造型图。如图１图２所示。和　．２２网格划分由于循环泵几何形状复杂，流动区域大多为不规则区域，所以采用适用性强，对具有复杂边界模　一图３叶轮流道网格图图４泵体流道网格图３循环泵内流场计算及性能分析由图５不难看出：叶片工作面与背面的相对速度分布不均匀，随流道半径的增大而逐渐上升。同一半径上叶片背面的相对速度大于工作面，且相对速度从叶片工作面到背面逐渐增大；同时反映出循环泵叶轮叶片间相对速度由工作面低、背面高逐渐演化为工作面高、背面低的固有属性，说明压力和速度有较大相关性。在叶轮进出口处，叶片工作面　与背面的相对速度值基本相同；在叶轮流道中部，由于轴向旋涡的影响，叶片背面的相对速度大于工　作面的相对速度。００期第３卷２１年第１总７设计与研究２?７?■－　曩露谢辫骚澈薹－、根据图６图７０■一雹叠，由能量守恒定律可以看出各工　况下叶片的静压分布与速度的分布是互相对应的。工作面静压明显大于叶片背面静压。其中最低压力出现在叶片进口处，这是由于水流绕叶片头部时流体改变流动方向，并有水力损失，致使在叶片进口　处形成叶轮内的最低压力区。随着流速增加，低压区变小。随后静压值随流动方向逐渐增加，这是叶　片对水流做功，增大水流机械能的结果。　锯｝ｌｑ：　≥　　≯鼻　ｉＩ　≮∥塞　■■—■誓●ｌ■－●　～叠　一　爱叠。　薰、鋈　＼／霉图９泵整体和叶轮的绕流图４循环泵的性能预测分析／ｇ＝９８　ｎｓ效率计算：．１ｒ；吸入１转速胛９５／ｎＰ＝１０　ｇｍ，＝２７　ｍｉ，４ｒ３面积　＝３１　（．９．Ｘ０１９）Ｘ４　００ｋ／　０１９）＝０００５８１　４（．９７Ａ；扬程．５５３４ｍ；流量９＝Ｖａ）（前盖板（ｂ）后盖板＾Ｄ图５叶轮前后盖板速度分布图＝竺＋△Ｖ＝Ｍｘ　０。．５ｚ；叶轮轴功率Ｊ９　Ｘ１＿／５；７＃２ｇＨ效率７：—｛—。Ｏ０ｌ０ＮＬＮ根据上面的公式以及在ＦＵＥＴ中读出来的各：　：个工况的数据，可以得到如表１所示的数据。根据所得到的４个工况下的外特性，可以绘制出循环泵…～…　ｃ………“（）工作面ａ（背面ｂ）图６叶片工作面和背面压力分布图的流量一扬程关系曲线和流量一效率关系曲线，并０和图１。从图１和与原设计的曲线相比，如图ｌ１０　１中可以看出，图１循环泵的效率随着流量的增加而增大，到一定值后就开始减小了，在流量范围．～０２ｍ。６２０１９．１　／ｓ内随着流量的增加而增大，在流．１０２　／２量范围０２２～．６ｍ。ｓ则随着流量的增加而减．１１１ｓ小。该循环泵效率最高点在Ｑ＝０２２１／左右，其‰……Ｐｎｃ＿】｛　｛………　．一．．……　　３％。而根据原设计泵的工况点为Ｑ１最高效率为７．５　ａ）（前盖板ｂ）（后盖板：ｍ．０ｓ５ｍ，这说明了优化后的该泵６５０２　／、＝８．５图７叶轮前后盖板压力分布图其设计工况点向大流量工况点偏移了，偏移量达到．２／ｍｓ　０１　　，充分说明该泵的性能比原泵的性能优越。０１还从图１、图１可以看出，两者之间的规律性非常接近，与实验的结果相比，　在最高效率点下，．％，优化后的泵的扬程比原泵提高了４５效率提高了……　一　…一’　　ｕ…ＦＬⅫ　……　…　Ｒ………ｆ　．　图８循环泵整体速度和压力分布图图８是循环泵整体速度和压力分布图，从图中可以看出泵整体内部流场速度根据结构变化分布情况；而泵整体压力分布图可以看出由于叶轮做功导致压力突变，其他部位压力变化均匀。与离心泵内２５．％。说明优化后的泵在运行中提高了能量的利用　率，达到了节能的目的。５水力性能的优化与结构改进思路Ｆ借助于ＣＤ技术，对循环局部不合理的区域进行修型，重点是对各断面叶片的头部区域的型线做?８?２设计与研究００第１第３卷２１年期总７一定的修改，这样可以改善该处的压力分布和流速流场的分析和泵性能的预测，并根据流动计算结果分布，从而减少头部撞击损失。通过对循环泵内部　进行反复修改设计，可以使设计达到最佳效果。ｎ９５／ｎｒ表１性能预测结果（＝２７　ｍｉ）２１０一模拟汁算动还极大受到叶片变形的影响，因此进一步考虑固实验＋即流Ｓ体变形对流场分布的影响值得探索，固耦合ＦＩ０　．６　．　．１　．９２／ｍ　ｓ０１９Ｏ１８０２２０２６流量Ｑ（／）０图ｌ流量与扬程曲线＋模拟汁算＊一验’实　．６　．９　．１　．２筮０１９Ｏ１８０２２０２６／（　ｓ流量Ｑｍ／）图１ｌ流量与效率曲线６结语　尽管本文的研究工作取得了一些有益的成果，　的研究。３）（本文对循环泵的进行全流道三维湍流模拟时选用的是定常流动模型，而实际上叶轮在旋转过程中，泵内的流场并不是定常流场：所以模拟出的值和实际还是有一定差距的，所以可以进一步对循　环泵流场进行非定常流动模拟分析。　参考文献：１］［徐希彬，Ｊ】宋文武．中央空调系统循环泵的节能技术研究［．江西能０８４）０—１．源．２０，３（：１４　［唐辉，何枫．离心泵内流场的数值模拟ｆ＿２］Ｊ水泵技术，０２３）１２０，（：　３—８　．３刘文龙，等．Ｆ［］Ｊ工程热物１ＣＤ在双吸式离心泵优化设计中的应用【．０７８（：４１２理学报，２０．２３）２—４３４左红梅，等．采用ＢＬ紊流模型的离心泵三维数值模拟［ｌ［］．Ｊ＿水泵０３５：３，２．技术，２０，（）—７２　５］Ｆ［王广业，不锈钢冲压焊接多级离心泵叶轮优化设计及ＣＤ分析Ｄ．山东理工大学，２０．［］０６　６】Ｊ］　［朱自强，等．网格生成和数值模拟的讨论［ｌ空气动力学学报，９８６（）４—９　１９，１１：６６．７钱健．．［】Ｊ农】等离心泵叶轮内部三维稳流数值模拟与验证［．业机械０５６（）２—３．学报，２０，３１：３４　但有许多工作需要更为深入的研究。笔者认为可以　在今后继续进行如下几个方面的研究：１运用基于流场数值模拟的性能预测技术对（）循环泵进行了效率估算。但是流体动力效率只计入了水力损失，而无法获得机械损失。因此，为了对循环泵性能进行更完整的数值预测，即下一步的研究工作还需基于经验和理论分析的方法对机械损失　进行估算。２）（对于循环泵内部的流动模拟只是考虑流道内部流场的作用，而实际上，循环泵叶轮内流体流（上接第２４页）块式轨枕的布枕器、取放轨排与道岔部件的取轨器及吊取工具轨的扁担等多种装夹部　件及其他工具附件，扩展了铺设机的适用范围。工设备。由于整机具有良好的功能扩展性能，也可用于工厂、港口码头、货场等处装卸货物，预期经济效益显著，　具有良好的推广应用和广阔发展前景。４结束语Ｌ　２轮ＭＥＢ１胎式可变跨多功能铺设机可满足铁　路建设施工中的铺设轨道板、双块式轨枕、轨排、　部分道岔部件的要求，不仅使施工质量有了保证，且大大提高了作业效率，已在京津城际、武广客专线等建设中使用，实践证明该铺设机是一种功能完善、适应性强、造价便宜、操作简便的无砟轨道施　参考文献：１孙［］璐，李耀雄．路客运专线基础工程（品）铁产Ｊ质量的控制措施［】．０６１：２—２北京路讯在线，２０，（）０２２何华武．无砟轨道技术［．［］０５　Ｍ］北京：我国铁道出版社，２０．３王其昌，韩启孟．式轨道设计与施工［．都：西南交通大学［］板Ｍ］成０２　出版社，２０．４贾志武．高速铁路道岔设计与铺设的几点建议［．［］】　Ｊ铁道建筑技术，０５１：１—１．２０，（）２４　

文章来源：《农业工程技术》 网址: http://www.nygczz.cn/qikandaodu/2021/0418/1093.html

上一篇：金陵科技学院学报征稿简则
下一篇：颗粒和粉体混合物沿斜管运动计算和参数测定