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1、第32卷第1期大连交通大学学报Vo.l32No.12011年2月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYFeb.2011文章编号:1673-9590(2011)01-0043-04基于CFD混流泵内流场数值分析李宝良,范振兴,霍焰(大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028)*摘要:以混流泵为研究对象,运用CFD软件采用基于非结构网格的SIMPLE算法和标准的k-E湍流模型对混流泵内的流场进行数值模拟.结果表明:运用CFD软件进行数值模拟的结果与试验结果是一致的,说明数值分析的结果是正确可靠的;通过对混流泵内部的流动速度、压力分布等分析揭示了混流泵
2、内部的流动特性,并为混流泵的性能预测、优化设计提供理论依据.关键词:混流泵;性能预测;CFD;湍流文献标识码:A0引言业冷析循环泵)为研究对象,主要设计参数如下:转速n=580r/min,叶片数z=4,叶轮外径d=在现代水泵系统设计中,随着对耐腐蚀、高效623mm,入口直径Din=550mm,出口直径Dout=率、低噪声、轻量化和运转平稳要求的增加,减少660mm,入口安放角B1=26b.根据其结构参数及腐蚀破坏和减小振动噪声变得越来越重要.混流叶片模型图,利用PROE软件,采用由下到上的方泵比转速较高,介于离心泵与轴流泵之间,具有结式,即由点到线、线到面、面到体的方法对混流泵
3、构简单、使用可靠、效率高等优点,具有广阔的工进行整体造型.其中,叶轮叶片是高度扭曲的空间程应用前景,尤其在制碱业作为冷析循环泵,将得曲面,如图1所示.到广泛应用.由于水力机械内部的流动在多数情况[1]下处于湍流状态,所以研究起来较为困难.近年来,随着计算机及CFD技术的迅速发展,国内外对水[2-5]泵内部的三维粘性流进行了数值模拟研究,较为详细地分析了水泵流场的流动特性,从而为其性能预测、优化设计提供可靠的、有价值的理论依据.本文应用CFD软件,采用三维定常不可压缩雷诺时均方程、标准的k-E两方程湍流模型,用图1叶轮的三维模型图2流道三维模型基于非结构网格SIMPLE算法进行压
4、力与速度的流场计算区域采用全流道计算域方法,即泵耦合计算,对混流泵内部流场典型的工况进行压整体外壳实体减去泵内叶轮以及轴等流体无法穿力、速度分析,从而预测混流泵流量-扬程曲线和过部件所得到实体部分,如图2所示.流量-效率曲线,并与实验曲线进行对比,验证分1.2网格生成析结果.计算网格的合理设计和高质量生成是CFD1模型建立及网格划分计算的前提条件,同时也是影响CFD计算的关键因素之一.网格质量的好坏直接影响到数值计算1.1混流泵内部流场区域的建立[1]的精度,甚至于计算过程的成败.本文采用本文以HGAP55-60型号混流泵(用作制碱*收稿日期:2010-04-06基金项目:辽宁
5、省自然科学基金资助项目(20082150);大连市技术创新产品计划资助项目(X69731)作者简介:李宝良(1964-),男,教授,硕士,主要从事摩擦学与信息技术、机械优化设计的研究E-mai:llib@ldjtu.edu.cn.44大连交通大学学报第32卷GAMBIT软件进行网格的划分,并且将混流泵的在计算域的出口各个速度分量及k和E均取第二流体区域分为三个互相连接的部分,即进口区域、类边界条件,即:叶轮旋转区域、出口区域.其中,整个流道由于其5<=0(<=u、v、w、k、E)(4)结构较为复杂采用混合网格,并且网格总的质量5n良好,网格质量的最小值为0.74.具体网格如图3
6、其中n为断面的单位法向矢量.(3)固壁条件所示,计算单元的总网格数约为126万,其中进口区域单元数约18万、中间旋转区域单元数约为采用无滑移的壁面边界条件,即时均速度和30万,弯管出口区域约77万.脉动速度的各个分量均为零.假设近壁点P位于对流层,则速度up,kp,Ep的值分别由下列壁面函数所确定:1/4+1++up(CL)up=ln(Eyp),up=(5)kSw/Q1/41/23/41/2+$yp(CLkp)CLkpyp=,Ep=(6)Lk$ypSwkp=(7)图3混流泵计算网格QCL其中k=9.81为Karman常数;E=0.42是与表2控制方程和边界条件面粗糙度有关的常数
7、;Sw为壁面剪切力;up是时2.1控制方程均速度;$yp是节点p到壁面的距离;L是流体的对于混流泵中不可压缩流体的恒定流动,根动力粘度.据Boussinesq涡粘性假设,连续性方程和动量方(4)压力边界条件程、k方程、E方程写成如下通用形式:压力边界取第二类边界条件,即满足Neu-5(Q<)+5(Qu<)+5(Qv<)+5(Qw<)5pmann条件:=0.5t5x5y5z5n55<55<55<=#+#+#+S(1)3结果分析5x5x5y5y5z5z3其中<为通用变量,可以代表u、v、w等求解
