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《多级离心泵内部流场数值模拟与节能技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第28卷第10期水电能源科学Vol.28No.102010年10月WaterResourcesandPowerOct.2010文章编号:10007709(2010)10011503多级离心泵内部流场数值模拟与节能技术研究程云章张伟国骆宾海吴文权(上海理工大学医疗器械与食品学院,上海200093)摘要:采用计算流体力学数值模拟Flunet6.3.26分析软件,选取标准湍流模型和SIMPLE算法模拟了D450607型多级离心泵节能优化前后泵内流道三维湍流数值,并对比分析了采集实际工况运行
2、数据。结果表明,优化后的多级离心泵叶轮和导叶内部流场分布更趋均匀合理、效率高、节约能源,与实际吻合,并验证了该软件的有效性,为改型优化提供了理论依据。关键词:计算流体力学;数值模拟;多级离心泵;Fluent;节能优化中图分类号:TV136+.2;TH311文献标志码:A泵是一种广泛应用于众多领域的通用机械,77.5%。每台机组每小时节电147.5kW,每年按据资料统计表明我国工业总用电量的20.9%是330d计节电116.82kWh,以0.3565元/(kWh)由各类泵产品所消耗。由于受制造业的技术平台的电费计
3、算,每年节约电费约40万元。与泵设计水平的限制,我国泵效率与发达国家有首级叶轮与5个次级叶轮不同,末级叶轮与[1]较大差距,约低10%,且较多泵在实际应用过次级叶轮相同,本文选取次级叶轮作为研究对象,程中处于偏工况运行,因此研究节能优化泵类产应用SolidWorks软件构建节能优化前后泵体和品十分有意义。导叶模型,并使用Fluent的前处理软件Gambit泵节能技术主要途径是提高运行控制水平和剖分模型网格。针对复杂三维模型与计算区域的水力性能。为采用三维数值模拟D450607型形状,选择适应范围较广泛的完全非结
4、构的四面[3]多级离心泵优化设计前后泵内流场规律,本文应体网格单元(TGrid)进行网格剖分(图1)。优用计算流体力学商用软件Flunet6.3.26,通过采化前叶轮和导叶共计624228个网格单元,其中集和分析影响泵效率的泵内速度和压力分布因导叶276031个,叶轮348197个;优化后叶轮和素,并对比研究了计算数据与现场采集实测数据,导叶共计598016个网格单元,其中导叶276031为改型优化叶轮提供了数据支持和理论依据,为个,叶轮321985个。对两模型进行网格等角斜分析评价节能优化效果奠定了基础。率和等尺
5、寸斜率检查结果均小于0.85,网格质量满足精确计算要求。1构建模型1.1建立物理模型与网格剖分以D450607型的脱碳多级离心泵为例。该多级泵为7级泵单元,叶轮叶片7片,导叶叶片38片,泵流量410m/h,总扬程3.4MPa,泵转速比重现单位为1480r/min,电机配用功率850图1节能优化后泵和导叶的组合三维建模与计算网格kW,泵送物质碳酸丙烯酯比重1.1198。优化设Fig.13Dmodelandcomputationalmeshesof计将原叶片改为全三元高效叶片,保持原工况与optimized
6、pumpandvane叶轮安装尺寸,在导叶和泵体尺寸不变工况下要1.2计算模型求将该多级泵的实际运行效率由60.4%提高为针对运动固体边界的流动,模拟旋转流场时收稿日期:20100409,修回日期:20100531基金项目:国家自然科学基金资助项目(50976071);上海理工大学博士基金资助项目(X709)作者简介:程云章(1964),男,教授,研究方向为流体机械工程,Email:cyz2008@usst.edu.cn116水电能源科学2010年[3]采用
7、多重参考坐标系模型(MRF),按定常流近似模拟,将叶轮区域设于运动坐标系,其他区域设于固定坐标系,同时求解叶轮和导叶区域,湍流模[4]型选择标准模型再进行离散求解。控制方程通用形式为:(!u∀)(!v∀)(!w∀)++=xyz图2静压云图(y=32)(单位:Pa)∃∃∃#∃+#∃+#∃+S(1)Fig.2Contoursofstaticpressuredistributionxxyyzz(y=32surface)式中,∃为通用变量,可用u、v、w等求解变量替换;#为广义扩散系数;S为广义源项。1.3边界
8、条件!进口。选取入口质量流量边界条件。假定进口速度沿进口面分布均匀的前提下,由泵实际工况值Q可计算进口截面平均流速u,进口处的湍流强度为:I=0.16(Re1/8图3总压云图(y=32)(单位:Pa)D)(2)HFig.3Contoursoftotalpressuredistribution式中,ReDH为Reynolds数,通过水力直径DH计(y=32
