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《轴流式油气混输泵内部的cfd分析及优化设计ξ》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、90化工机械2004年轴流式油气混输泵内部的CFDX分析及优化设计马希金XX郭俊杰孙永平(兰州理工大学)摘要基于标准的K2ε紊流模型,利用CFD软件FLUENT及其预处理软件GAMBIT,模拟了轴流式油气混输泵的叶轮及混流器内的三维紊流场,依据三维紊流场的预测结果优化叶轮及混流器相关的几何参数。实验表明,这是一条提高轴流式混输泵输送含气量和效率的可靠途径。关键词油气混输泵两相流CFD优化设计中图分类号TQ051121文献标识码A文章编号025426094(2004)0220090203轴流式油气混输泵用于油田的多相输送中,55(αgρgugi)+(αgρgugiugj)=5t5xj由于结
2、构简单、操作方便、对泥砂不敏感、使用5p寿命较长,能有效防止气液相分离及大大降低生-αg+αgρgfgi+Mgi5xi[1,2]产成本而成为研究的热点。但由于其输送的液相动量方程:多相流体流动的复杂性,要求设备同时兼有泵和555p压缩机的性能,因此,它的设计不象单相泵及压5t(αlρluli)+5x(αlρluliulj)=-αl5x+ji缩机有着一套成熟的设计方法,国内外这方面的55uli5uljαlμt++αlρlfli+Mli资料也非常缺乏,如何对混输泵的过流部件进行5xj5xj5xi优化以提高输送含气量和效率自然成了一个重要K方程:课题。鉴于此,笔者基于泵和压缩机的设计方法555
3、μt5K(αlρlK)+(αlρluljK)=αl+和两相流的基本理论,进行了有益的尝试,自行5t5xj5xjσk5xj研制出轴流式油气混输泵第1代样机[3],并运用αl(G-ρlε)CFD软件[4,5]进行了优化,开发出第2代样机,5ui5uj5ui式中G=μt+。收到了良好的效果。5xj5xi5xj[6]ε方程:1模型的建立由于样机输送的是气液两相流,叶轮及混流5(αρε)+5(αρε)=5αμt5ε+lllluljlσ5t5xj5xjε5xj器内部为两相紊流流动,故采用K2ε紊流模型。c2连续方程:lεεαlG-c2αlρlKK55(αlρl)+(αlρlulj)=0式中σε———
4、紊流脉动动能耗散率的普朗特数,5t5xi取σε=1.314;55(αgρg)+(αgρgugj)=05t5xiσk———常数,取σk=1.0。气相动量方程:气液两相流中的紊流由两部分组成,一部分X甘肃省科技攻关项目(GK95423211)。XX马希金,男,1958年9月生,副教授。甘肃省兰州市,730050。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第31卷第2期化工机械91为由剪切引起的紊流,它就由上面列出的K2ε模看出,混流器叶片进口安放角偏
5、小,导致该叶片接型进行计算;另一部分为由气泡引起的紊流。在近出口处产生径向旋涡,即流动死区,堵塞了混流气液两相泡状流中,假定这两部分紊流之间的耦器流道,使混流器进口喉部流速过大。因此,在进合作用很弱,可以线性迭加,这种假定对含气率不一步的改进设计中,应加大叶片进口安放角以及太大的泡状流是合适的,对于K2ε模型有:叶片长度,或增加叶片数,但是,叶片数的增加要21受到叶片铸造工艺及排挤作用的限制,所以上述μt=CμρlK/ε+CμbDbαG
6、UR
7、2改进措施必须折中处理。从图3可以看出,转子式中Cμ=0.09;叶片的进口安放角过小,导致叶轮叶片进口背面Cμb=1.2。有径向旋涡产生,叶轮的有
8、效通流面积过小,流体1.1网格划分及计算域定义相对速度过高,增加了摩擦损失,因此,在进一步为了节省计算资源,并由于叶轮及混流器都是的改进设计中应适当增加叶片的进口安放角。轴对称布置,因此均选择一个流道划分网格及计算。对于两相流或多相流,必须计算三维流场,这是因为在不同流面相间质量扩散是必须考虑的。本文利用Fluent里的混合面模型计算一个压缩级的流场,因为它支持叶轮流道和混流器流道在切向具有不同夹角,并支持不同区域采用不同的计算网格,限于计算资源,计算时网格只能达到11万,实际上是比较粗的划分。叶轮流道用六面体网格,混流器流道采用四面体网格。图1流道内空气体积含量分布云图1.2边界条件的
9、定义计算域进出口分别为压力进口、压力出口边界。叶轮叶片和混流器叶片均设为壁面边界,不同之处在于前者是转动壁面,而后者是静止的;叶轮轮毂、轮缘以及混流器轮毂、轮缘也是壁面边界,只是叶轮轮毂、轮缘转动,而混流器轮毂、轮缘静止。叶轮轮毂和混流器轮毂的分界面定义为混合图2混流器内部速度向量分布图面边界。该类边界是以上游面的滞止压力的径向平均值作为下游面的进口总压,而以下游面的静压的径向平均值作为上游面的静压。2数值模拟结果叶轮及混流器(一个
