多级离心泵内部流场优化与分析

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1、多级离心泵内部流场优化与分析OptimizationandanalysisofinternalflowfieldinmultistagecentrifugalpumpsSHIHai-yong,FANGXiaoyan,DONGJiaxu,PENGYanpingSchoolofMechanicalEngineering,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,ChinaAbstract：Inthispaper,TheFLUENTsoftwareisusedtosimulatethefluidflo

2、wintheoutletsectionofcentrifugalpumpofmultistagetype.IntheGambit,themodelismeshedandtheboundaryconditionsaresetup.ThevelocityandpressuredistributionoftheflowfieldintheexitsectionareobtainedbyimportingFluent.Combinedwiththesimulationdata,theflowcharacteristicsintheflowfi

3、eldwereanalyzed,andthevelocityandpressuredistributionintheflowfieldwererelativelyuneven.Atthesametime,thevortexphenomenonoccursinthelocalregionofthemediumflow,whichincreasesthevibrationnoiseandreducestheefficiencyofthepump.Forthisreason,themodeloftherunnerismodifiedandt

4、hesimulationiscarriedoutagain.Themodifiedmodelhasbetterflowcharacteristicsandnoeddycurrentregionexists.Aftersimulation,theshapeandsizeofthevoluteintheimpellerandoutletsectionaredetermined,whichprovidesatheoreticalbasisfordeterminingtheoverallsizeofthemultistagecentrifug

5、alpump.Keywords:Multistagecentrifugalpump；CFD；optimization引言多级离心泵工作时内部流场流动复杂，流道内的流动特性难以通过试验得到。基于计算流体动力学理论，运用Fluent软件对离心泵内部流场仿真计算，可以分析多级离心泵内部流场的流动特性。本文多级离心泵的首级叶轮与次级叶轮放置于中段中，中段为对结构对称的圆筒形状，其内部流动特性较为规则月•对多级离心泵的工作性能影响较小，而出口段的流动特性对多级离心泵的影响很大，对多级离心泵出口段内部流场进行仿真模拟，可以大体上反映出整个多级泵的

6、内部流动特性。通过Gambit软件对多级离心泵出口段模型进行网格划分并对其边界条件进行设定，而后导入Fluent中计算。根据仿真得到的数据，结合离心泵的相关理论计算，对多级离心泵设计改进行局部改进，使泵具有良好的流动特性。仿真后确定了叶轮与出口段蜗室的形状尺寸，为最终确定多级离心泵的结构尺寸体统了依据。1出口段重要参数的计算运用Fluent模拟仿真离心泵内部流场时，需要将内部流道及叶轮作为计算域求解。本文分析的多级离心泵由三个叶轮串联工作，该泵串联的三个叶轮直径相同，只是在背叶片的尺寸上有所不同，介质在经过首级叶轮、次级叶轮、末级叶轮

7、时提高的扬程基本相同。该多级离心泵的扬程H=170m,流量Q=110m3/h,介质为水。泵的参数计算公式如下：«2«(1)H-扬程P1一入口压强P2—出口压强VI—入口速度V2-出口速度Z1-入口相对地面高度Z2-出口相对地面高度Q=VS(2)式中：Q-多级离心泵流量，S-截面面积，V-截面速度式中：Ma-马赫数，v-某点流速，c-当地声速入口段入口截面是半径Rl=0.06m的圆，出口段岀口截面是半径R2=0.04m的圆，根据公式(2)可计算出Vl=2.7m/s,V2=6.1m/so入口段入口处压强P1为标准大气压，根据离心泵实际装配

8、的位置，得到Z2-Z1=0.33m,将上述参数值带入公式(1)中，得到出口段出口处的压强P2=1.78Mpao马赫数是衡量介质是否可压缩的标准，通常当马赫数大于0.3吋，这时计算介质流动时必须考虑介质的可压缩性，而马赫数