低比转数冲压焊接离心泵三维数值模拟
基于CFX的离心泵内部流场三维数值模拟
文章编号：1006-8139（2013）02-001-04基于 CFX 的离心泵内部流场三维数值模拟彦 1，2 吴建华 1麻 （1.太原理工大学水利科学与工程学院 山西太原 030024；2.山西水利职业技术学院 山西太原 030027）摘 要：基于三维不可压缩流体的 Ｎ-Ｓ 方程和标准 k -ε 湍流模型，采用隐式修正 SIMPLE 算法，利用 CFX 软 件，对离心泵装置进行全流场三维数值模拟，共计算额定转速下 30～80 m 3/h 流量范围内 8 个工况点。
对比分析小流量 工况、设计工况和大流量工况下泵装置流态和压力分布，并分析叶片表面静压，揭示内部流动规律，所得结果对预测水力 性能，提高水泵效率及进一步结构优化具有重要的参考价值。
关键词：离心泵；叶片；内流场；数值模拟；CFX中图分类号：TV131 文献标识码：AThree-Dimensional Numerical Simulation of Internal Flow Field in Centrifugal Pump Based on CFXMA Yan ，WU Ji an-huaAbstract: Base d on thr ee -dimension N -S equations and the standard k -ε Turbulence model, adopting SIMPLE algor i thm, thi s paper simulates the whole flow domain in Pum p System by using CFX. The flow regime and the distribution of pressure in the pump are i nvestigated contrastively under these conditions: the small flow r ate condition, the design condition and the flow big rate condition based on the calculat i on of different operating conditions with the flow rates ran ge 30～80 m 3/h at the rated rotating speed, and analyz i ng blade pressure to find out the law of the inner flow of the centr i fugal pump. The result provides theoretical foundat i on for forecasting hydraulic performance and optim i zing centr i fugal pump structur e.key words: centr i fugal pump ；blade ；i nternal flow fi eld ；numer i cal simulation ；CFX离心泵因其流量小、扬程高、安装检修方便等特点在工、农业生产中有着广泛应用。
低比转数冲压多级泵叶轮内三维流动数值模拟
2006年11月农业机械学报第37卷第11期低比转数冲压多级泵叶轮内三维流动数值模拟刘元义 王广业 【摘要】 应用标准k 2Ε湍流模型加壁面函数法对低比转数冲压多级离心泵叶轮内的三维湍流流动进行了时均N -S 方程的数值计算。
分析了叶轮内部流场的速度分布和压力分布,研究了离心泵叶轮通道内流动的规律。
并利用CFD 软件CFX 的模拟结果得到了设计工况下离心泵叶轮的扬程和效率的预测值,预测结果与相关的试验数据相吻合。
关键词:冲压多级泵 叶轮 数值模拟 扬程 效率中图分类号:TH 311文献标识码:ANu m er ica l Si m ula tion of 3D Flow i n L ow Spec if icSpeed Stam p i ng M ultistage Pu m p ’s I m pellersL iu Yuanyi 1 W ang Guangye2(1.S hand ong U n iversity of T echnology 2.R iz hao P oly techn ic )AbstractT he ti m e 2averaged N avier 2Stokes equati on s of th ree 2di m en si onal tu rbu lence flow in i m peller of stam p ing m u ltistage cen trifugal pum p are calcu lated by CFD based on the standard k 2Εtu rbu lence m odel and w all functi on .T he velocity distribu ti on s and p ressu re distribu ti on s w ith in the i m p eller of m u ltistage pum p are analyzed acco rding to the resu lts .T he p redicted heads and efficiencies of cen trifugal p um p i m pellers are con sisten t w ith the co rrelative exp eri m en tal data .Key words Stam p ing m u ltistage p um p ,I m peller ,N um erical si m u lati on ,H ead ,Efficiency收稿日期:2006-01-23刘元义 山东理工大学教务处 教授 博士,255049 淄博市王广业 日照职业技术学院机电系 讲师,276826 山东省日照市 引言随着计算机技术以及计算流体力学等新学科的飞速发展,数值模拟、理论分析和试验研究一起构成了研究流体流动的重要方法[1]。
低比转速离心泵三维建模与数值模拟
低比转速离心泵三维建模与数值模拟单建华;朱亮亮【摘要】使用Unigraphics NX软件对低比转速离心泵进行三维建模,在雷诺时均方程和标准k-ε湍流模型基础上,通过CFX软件对离心泵系统进行模拟仿真,获得内流场的速度和静压分布.结果表明:叶轮及蜗壳区域流速和压力分布具有明显非对称性,其数值与叶轮、蜗壳的相对位置密切相关,隔舌部位对叶轮各分流道中流速影响明显;离心泵性能仿真值与实际值吻合较好,验证了泵体三维建模过程具有可靠性.【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】6页(P64-68,75)【关键词】离心泵;建模;CFX软件;流场分析【作者】单建华;朱亮亮【作者单位】安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】TP311离心泵是一种利用叶轮旋转而使流体发生离心运动的流体机械，泵内部的流体一边随着叶轮作圆周运动，一边在离心力的作用下自叶轮径向向外抛出，从而使流体获得压力能与速度能［1］。
离心泵结构简单易维护，其广泛应用于石油、化工等现代工业中。
近年来，许多学者通过粒子图像技术（PIV）及Hermite插值方法等对离心泵内部流场进行模拟分析，如黄远民［2］利用PIV技术，测得在变转速工况下，离心泵的扬程随转速的变化而变化，但泵内流场速度和方向分布基本相似；张翰等［3］通过正交试验法研究了几何参数对无过载离心泵性能的影响，得出叶片的出口安放角度对泵性能影响最大；江伟等［4］通过数值模拟，获得泵内流场压强和速度分布及叶片的出口角度、蜗壳的非对称结构等因素直接影响泵内流场分布。
上述研究侧重于几何参数的变化对泵性能的影响，较少探讨泵体三维建模及后续仿真分析过程。
低比转速离心泵存在圆盘摩擦损失大、易过载等特点，一直是国内外研究的重点和难点。
为此，本文从工程实际角度，选取低比转速ns=44.1的泵作为研究对象，描述泵体三维建模过程，通过Unigraphics NX软件对低比转速离心泵进行三维建模，且使用CFX软件对其进行模拟仿真，以揭示泵体内部复杂流场的情况，为离心泵行业工程提供参考。
毕业设计(论文)-基于PROE离心泵叶轮三维建模及流场数值模拟分析模板
摘要本文将曲面造型与数值计算有机的结合在一起应用到离心泵叶轮的设计中。
采用二维造型得到计算区域，通过对离心泵叶轮内部流场的数值计算与分析，得到较好的离心泵叶轮。
本文主要对离心泵叶轮的计算公式进行研究，并对离心泵叶轮的尺寸进行计算。
建立了一个叶轮轴面投影图，为叶轮的绘型做准备。
选择一种适合的绘型方法，完成离心泵叶轮的绘型。
最后再利用PRO/E软件建立离心泵叶轮的三维实体模型,即完成了在PRO/E中的三维建模。
为了方便流场数值的模拟分析，使用Gambit软件对所得的三维模型进行划分网格，运用fluent软件做出边界条件并计算，再使用fluent软件对所设计的离心泵叶轮内三维流场进行了数值模拟，并对计算结果进行了分析。
而后采用基于标准k一e湍流模型来求解，在非结构化网格中，采用基于有限元的有限体积法对方程进行离散，用压力校正法进行数值求解。
利用湍流模拟结果，分析了离心泵叶轮进口边位置对泵性能的影响。
由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而fluent能达到最佳的收敛速度和求解精度。
本文结合实例和经验，通过对离心泵叶轮CFD计算结果的分析，说明所设计的叶轮是成功的。
关键词：离心泵叶轮；PRO/E；三维建模；数值模拟；计算流体动力学（CFD）Title Based on PRO / E centrifugal impeller three-dimensional modeling and numerical simulationAbstractThis article will surface modeling and numerical computation applied to the organic combination of centrifugal pump design. Be calculated using two-dimensional modeling area, through the centrifugal pump impeller Numerical calculation and analysis, get a better pump impeller.In this paper, the formula for centrifugal pump impeller to study, and calculated the size of centrifugal pump impeller. The establishment of a leaf axle plane projection, the drawing of the impeller to prepare. Select the drawing of a suitable method to complete the drawing of centrifugal pump impeller. Finally, using PRO / E software to establish the three-dimensional solid model centrifugal pump impeller, which was completed in PRO / E in the three-dimensional modeling.In order to facilitate numerical simulation analysis,the use of proceeds Gambit software mesh three-dimensional model,using fluent software to make the boundary conditions anf calculate,and then use software designed for fluent centrifugal pump impeller flow field is numerically simulation and calculation results are analyzed. Then based on the standard k a e turbulence model to solve, in the unstructured grid, finite element based finite volume method to discretize the equations using the numerical solution of the pressure correction method. Turbulence simulation using the results of analysis of a centrifugal pump impeller inlet side of the pump performance of the location. As a result of a variety of multi-grid solution method and the accelerating convergence technology, which can achieve the best fluent convergence speed and solution accuracy.In this paper, examples and experience, through the centrifugal pump impeller CFD analysis results, indicating that the impeller is successful. Keywords: centrifugal pump impeller; PRO / E; three-dimensional modeling; numerical simulation; computational fluid dynamics (CFD)目录基于PRO/E离心泵叶轮三维建模及流场数值模拟分析第一章绪论1.1论文研究的背景：泵广泛应用于国民经济的各个部门，它的技术性能对各相关行业影响巨大，长期以来采用“手工设计一样机生产一样机测试一设计修改”的生产路线，其不仅研制开发费用高，而且周期很长。
离心泵内流场的三维数值模拟及流动分析
产生交割，且全位错也易开始起动，使合金发生塑性变 弹性协作进行，减小了形状回复的阻力；同时相间习性能
形，并且 ε马氏体交叉现象随预应变增大而愈加严重，限 提供逆转变驱动力，有利于 Ｓｈｏｃｋｌｅｙ 不全位错的逆运动，
制了 ε马氏体层错在回复退火时产生收缩，相当于减少 提高了合金的形状记忆效应。
了能够发生层错收缩的 ε马氏体相对数量。不同位向的 ５ 结 论
（ １）在叶轮旋转过程中，各流道的流动随它在叶轮中 相对位置的不同而不同。压力和速度分布具有明显的轴 不对称性。
收稿日期：２００６－ １１－ ０９
机械工程师 ２００７ 年第 １ 期 ４９
Ｒ 研究探讨 ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＤＩＳ ＣＵＳ Ｓ ＩＯＮ
的报道。而离心泵内过流部件的几何形状伴有强烈的弯 曲和扭曲，其内部流动是复杂的三维流动。只对过流各部 件单独分析，没有考虑过流部件间的匹配关系，ＣＦＤ 分析 结果必然与实际流动存在较大差别，也无法了解离心泵 内部流动的三维特性。随着计算流体力学和相应计算软 件的发展，水泵的全三维数值模拟已经成为可能，但一般 仅局限于在叶轮流道内计算，同时将叶轮、进水室和蜗壳 作为模拟对象的还不多见。本文借助 ＦＬＵＥＮ（Ｔ ＣＦＤ）软 件平台，采用 Ｎ－ Ｓ 方程配合标准 ｋ－ ! 湍流模型对水泵内 流场进行了三维数值模拟。通过对内流场的模拟，得出了 一些有价值的水泵性能信息。 ２ 建模与计算方法
数的增加，晶体缺陷密度随之增加，这些晶体缺陷可以作 但训练次数达到一定值时，回复率呈现下降趋势。
为 ε马氏体核胚，使合金在预变形时以应力诱发马氏体 相变为变形的主要机制。
另外，随着训练次数的增加，拉压应力使马氏体的厚 度逐渐减小，促进了周围基体的弹性协调，对马氏体相的 可逆性有益，因而提高了合金的形状记忆效应。
离心泵中的数值模拟-PPT精品文档
如何避免离心泵气蚀？ （1）安装时，泵的吸入口离液面的距离要尽可能的低，减少吸入压力损失； （2）增大泵吸入管的直径，减少吸入管路的阻力损失； （3）在满足扬程和流量要求的前提下，转数越低越好，减少泵吸入口的真 空度； （4）采用双吸式泵或加前置诱导轮的离心泵，以改善吸入条件； （5）在工艺条件允许的条件下，避免输送液体的温度升高，防止液体汽化。
离心泵叶轮如何进行三维造型呢？ 采用三维设计软件，如Proe、ug等进行建模，从木模图上读取各个截面参数， 然后分别输入到三维设计软件中，有了叶片工作面和背面的曲线以后， 采用如proe中的边界混合命令，就可以生成叶轮形状，然后切掉多余的部 分并对进口修圆，就可以得到叶轮的主要部分——叶片，前后盖板的造 型比较简单，直接旋转即可。
离心泵基本参数？ 离心泵的参数定义如下： 额定流量：泵在最佳工作效率下单位时间内泵抽送液体的数量，即泵铭牌上 所标注的数量，以Q表示。 额定扬程：在最佳效率时，单位质量液体通过泵时所增加的能量，以H表示 ，单位为米。 效 率：液体通过泵所得到的能量与驱动机传给泵的能量的比值，以Ef或η表 示。 功 率：驱动机给泵的能量，统称为轴功率。流体通过泵实际获得的功率。 净正吸入压头：为保证泵不发生汽蚀，在泵内叶轮入口处，单位质量液体所 必需具有的超过汽化压力后所富余的能量。以NPSH表示，单位为m，其 中又分为NPSHr（必需的净正吸入压头，与泵有关）及NPSHa（与吸入 管路有关，与泵无关。 什么是离心泵的气蚀？ 液体在叶轮入口处流速增加，压力低于工作水温的对应的饱和压力时，会引 起一部分液体蒸发（即汽化）。蒸发后的汽泡进入压力较高的区域时， 受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造df 固液两相流离心泵的各种水力设计方法，分析了各种因素对固液两相流离心泵性能 的影响，如介质特性、压水室和叶轮的匹配、叶轮结构参数和过流部件材质等。 针对山西某火电厂水力除灰系统所用泥浆泵，进行优化设计。使用AutoCAD软件 采用方格网绘型法进行叶轮的绘型，并用Fluent软件进行流场的三维数值模拟验 证。利用模拟 固液两相流离心泵优化设计方法研究.pdf 对固液两相流离心泵的设计方法进行阐述，并分析了其弊端，指出了优化设计方法 的必要性。在此基础上提出优化设计方法，优化设计方法是指以对内部流动状态 的充分掌握为基础，以各部件对泵性能的影响机理为理论依据，以计算机及其辅 助软件为手段的设计方法。然后总结了发展优化设计方法亟待解决的问题，包括 对两相流的充分认识和对相关软件的熟练及
低比转速离心泵精确建模与装配
简单 零件 包括 各 种 标 准 件 （ 如螺母 、 垫片、 键等） 、
由若干 简单 特征 （ 如拉 伸 、 孔、 筋等） 的叠 加形 成 的零 件 以及具 备复 杂 的不 规 则特征 ， 但 该特 征不 对 定位 、 装 配 和 工作 性能 产生 影 响 的 零 件 （ 如 泵 壳 的 外 表 面 的 曲 面
即可 。
１ ． ２ 复杂零 件 的建模
进 行动力 学研 究 的前 提 『 １ ］ ， 模 型 的精 度 对 泵 内流 体 动
力 学分 析结 果有较 大影 响 。本 文针对 某 低 比转 速 离心 泵 实物 ， 采 用反 求 技术 在 通 过 三 坐 标测 量 机 测 量 有 关
复 杂零 件是 指具 备 复杂 的不 规 则 特 征 ， 且该 特 征
低 比转 速 离 心 泵 精 确 建 模 与 装 配 ＊
张锦 ，王 术 新 ，吴 小林
（ １ ．镇 江 船 艇 学 院 ， 江苏镇江 ， ２ １ ２ ０ ０ ３ ； ２ ．６ ５ ７ ５ ５部 队 ， 辽宁丹东 ， １ １ ８ ２ ０ ０ ）
摘 要： 三维 模 型 是 进 行 流 体 仿 真 和 数 字 化 制 造 的基 础 ， 针 对 低 比转 速 离 心 泵 实 物 ， 采用反求技术 ， 重点围绕叶轮、 泵 壳 等 具 备 复 杂 特 征 零 件 的 三维 建 模 ， 对 该 泵 进 行 三 维 建模 和 装 配 的 有关 问题 进 行 探 讨 。结 果 表 明 ， 采 用 ６阶 多 项 式 对 叶 片 进 行 拟 合 的 残 差 平 方 和 为 ０ ． ０ ２ ７ ２ ６ ２ ，
ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，２ ０１ ５，３ ６ （ ４ ）：１ ５ ４～ １ ５ ６
低比转速离心泵空化性能的数值模拟
低比转速离心泵空化性能的数值模拟典平鸽【摘要】为了对低比转速离心泵空化发生时的内部气液两相流动进行分析,应用计算流体力学(CFD)软件对比转速为66的离心泵空化性能进行气液两相流场的数值研究.对不同有效空化余量时叶轮内部气泡分布的研究表明,泵在进口压力较高时就已经在叶片的进口背面产生空化初生,临界空化余量和许用空化余量时,气泡在叶片表面和流道内部均有分布,占据了部分叶轮流道,影响叶轮内部能量交换,并可能对泵造成空蚀.对该实型泵进行试验研究,验证了数值计算的精确度.%In order to analyze the vapor-liquid two-phase flows in low specific speed centrifugal pumps at the occurrence of cavitation, numerical simulation of the vapor-liquid two-phase flow fields in a centrifugal pump at a specific speed of 66 was carried out by use of computational fluid dynamics software. Hie distribution of water vapor within the impeller at different net positive suction heads was investigated. Cavitation inception occurred at the inlet of blade suction side was found when the inlet pressure is quite high. Under the critical and the allowable net positive suction heads, water vapor was found on the blade surface and in the flow channel, occupied part of the impeller flow channel. The energy transfer within impeller was affected and cavitation erosion may happen. The accuracy of numerical simulation was validated through the experimental studies on the prototype pump.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】4页(P31-34)【关键词】离心泵;空化初生;临界空化余量;允许空化余量【作者】典平鸽【作者单位】河南城建学院环境与市政工程系,河南平顶山467001【正文语种】中文【中图分类】TH311离心泵是应用非常广泛的通用机械。
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Ｃｈｉｎｅｓｅ） ３ Ｇｏｎｚａｌｅｚ Ｊ，Ｂｌａｎ∞Ｅ，Ｓａｎｔｏｌａｒｉａ Ｃ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｄｕｅ ｔｏ ｉｍｐｅＩｋｒ．ｖｏｌｕｔｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ
图６～８对两类叶片形式ｃＦＤ性能预测值与试
图６分流叶片对泵扬程的影响
图５小流量时叶轮内部相对速度分布
Ｆｉｇ．５
Ｒｄａｔｉｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ １０ｗ ｆｌｏｖ矿ｒａｔｅ （ａ）无分流叶片 （ｂ）带分流叶片
图７分流叶片对泵轴功率的影响
Ｆｉｇ．７ Ｉｎｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ ｏｎ ｓｈａｆｔ ｐｏｗｅｒ
引言
低比转数离心泵冲压扭曲叶轮流道较狭窄，叶 片为厚度３ ｍｍ的不锈钢薄板，且叶片表面光滑，叶 片冲压及焊接成型工艺复杂。由于受到叶片厚度及 排挤系数、叶轮内表面粗糙度及进出口流动条件的 影响，冲压焊接离心泵内部流动不同于普通离心泵。 在非设计工况下离心泵叶轮内部流动具有“射流一尾 迹”结构，叶轮的主要损失为进口回流和出口的二次 流损失以及叶轮的圆盘摩擦损失。随着计算流体动
ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｏｕｔｌｅｔ． Ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｐｅｒｆｏｍａｎｃｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍａｌ ｅｒｒｏｒ
ｐｅｒｆｏｍａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３％ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ，
２朱荣生，付强，李维斌．低比转数离心泵叶轮内汽蚀两相流三维数值模拟［Ｊ］．农业机械学报，２００６，３７（５）：７５～７９．
Ｚｈｕ Ｒｏｎｇｓｈｅｎｇ，Ｆｕ Ｑｉａｎｇ，“Ｗｅｉｂｉｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｔｗ阻ｐｈａｓｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｎｏｗ ｉｎ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｓｐｅｃｉｆｉｃ
从图５ａ可以看出，在小流量工况时，不带分流 叶片叶轮流道内发生了严重的回流和二次流现象。 叶轮进口回流区出现在叶片背面附近，出口回流区 出现在叶片工作面附近。回流严重影响了叶轮流道 内的速度分布特性，改变了叶轮流道内流量沿周向 分布规律，叶轮的水力性能降低。如图５ｂ所示，分
流叶片有效控制叶轮流道内回流区，叶轮回流区一 般出现在蜗壳第６～８断面之间，且只在叶轮局部出 现小的回流区。 ３．４分流叶片对离心泵性能的影响
的离心泵内部流动时，有较好的适应性［３叫Ｊ。考虑 到参考坐标系下旋转叶轮和静止蜗壳的相互作用， 利用“冻结转子法”处理泵内三维湍流模拟。
离心泵计算区域分为４部分：进口管、叶轮、蜗 壳和出口管。进口管和出口管采用结构化网格，网 格总数分别为７６ ７６５和６８ ９４６；叶轮和蜗壳采用混 合网格，叶轮１网格数为２８４ ６２４，叶轮２网格数为 ２９ ７６５，蜗壳网格数为２３８ １３２。进口和出口边界条 件分别按照速度进口和压力出口条件给定，壁面速 度满足无滑移条件。近壁区雷诺数很低，湍流模型 不再适用，采用标准壁面函数处理近壁流动。利用 有限体积法离散控制方程，速度和压力耦合采用 ＳＩＭＰＬＥＣ算法，实现速度与压力的耦合。当泵进 出口边界的流量误差小于１０“ｋｇ／ｓ，并且各个速度 分量及尼、ｅ的计算误差都小于１００时，认为计算已 经收敛。
２．Ｘｉ口７ｚｇ歹ａ竹Ｌｋｉ伽，百ｉ砂，）＆口咒ｇ歹ａ咒４４１００３，Ｃｈｉ竹ｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｖｅｒａｇｅｄ Ｎ—Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ＲＮＧ正一ｅ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ—ｖｏｌｕｔｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳＩＭＰＬＥＣ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｔｈｅ ３一Ｄ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ ｉｎ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ
ｗｈｉｌｅ １０％ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｆｆ—ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
Ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ， Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ， Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ， Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， Ｐｅｒｆｏｍａｎｃｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ｐｕｍｐ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｌｏｗ ｒａｔｅｓ．Ｗｈｅｎ
ａｄｄｉｎｇ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｒｅｆｌｕｘ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｔ
为１０％。性能预测和试验结果对比表明，增加分流 叶片后，冲压焊接离心泵的水力性能有明显的改善。
４结论
（１）对于两类叶片形式，由于蜗壳结构的不对称 性，以及旋转叶轮和静止蜗壳间的相互作用，叶轮出 口和蜗壳螺旋段压力沿圆周分布呈明显的不对称性 和周期性特点。
（２）两类叶片形式相比，分流叶片能够改善叶轮 内部漩涡和二次流动，通过进一步调整分流叶片的 径向和周向位置，可以提高叶轮内部流场分布，控制 回流和二次流动。比较性能预测与试验结果，非设 计工况时离心泵性能预测和试验结果最大偏差为 １０％，这是“冻结转子法”在计算离心泵内部流场时， 性能预测与试验结果出现偏差的主要原因。
３结果及分析
３．１流场静压分布 流场静压差的大小直接影响着扬程的大小。从
图２、３可以看出，从叶片进口到出口，．叶轮流道的流 体静压呈逐渐增大的趋势，在叶轮出口附近，由于受
Ｆｉｇ．２
图２不带分流叶片离心泵内静压分布
Ｓｔａｔｉｃ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ （ａ）小流量工况 （ｂ）设计工况 （ｃ）大流量工况
文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｌｏｗ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ－ｓｐｅｅｄ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｐｕｍｐ
Ｌｉ Ｙｉｂｉｎｌ Ｗｕ ＧｕｏＸｉｕ２
（１．工舰，２ｚ＾Ｄ“Ｌｋｉｚ肥，丐主乒ｙ Ｑ厂了弛＂ｏ三。冒３，，ｊ二缸７２ｊ晚ｏ“７３００５０，Ｃ麓ｆ，ｚ口
况、小流量工况及大流量工况下离心泵内部流场分布。增加分流叶片后，离心泵叶轮流道内的回流和二次流现象
得到了有效控制。对比分析性能预测与试验结果的差异，在设计工况时离心泵性能预测的最大偏差为３％；非设计
工况时性能预测的最大偏差为１０％。
关键词：分流叶片 离心泵 三维湍流 数值模拟性能预测
中图分类号：ＴＨ３１１
２ ０ ０ ８年７月
农业机械学报
第３９卷第７期
低比转数冲压焊接离心泵三维 ≈，咖尝∥０六儿 数值模拟
黎义斌 邬国秀
【摘要】 对一低比转数冲压焊接离心泵在带分流叶片以及不带分流叶片情况下的叶轮及蜗壳耦合场进行了
数值模拟。计算采用雷诺时均方程和ＲＮＧ最一￡湍流模型，速度与压力耦合采用ｓＩＭＰＩ。Ｅｃ算法。计算了设计工
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工况，蜗壳隔舌到第１断面之间的静压分布没有明 显的变化。 ３．２叶轮和蜗壳交界面静压分布
图４中竖直虚线为蜗壳隔舌的位置，横坐标以 第４断面为起点位置，方向为逆时针方向。叶轮和 蜗壳交界面圆周静压随流量的增大而增大，蜗壳周 向不同位置静压对流量变化的敏感性不同，第４断 面到隔舌区域交界面静压随流量增大的程度越来越 明显，隔舌到第４断面区域交界面静压随流量的变 化不明显。
参考文献
１张剑慈，朱祖超，崔宝玲．开式叶轮高速离心泵叶形对泵内流场的影响分析［Ｊ］．农业机械学报，２００７，３８（１０）：４１～４４． Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｃｉ，Ｚｈｕ Ｚｕｃｈａｏ，Ｃｕｉ Ｂａｏｌｉｎｇ． Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｍｐ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｃａｕｓｅｄ ０ｆ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｔｙｐｅ ｏｆ ｏｐｅｎ—ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ［Ｊ］．ＴｒａｎＳａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣｈｉｎｅＳｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００７，３８（１０）：４１～４４．（ｉｎ Ｃｈｉｎ∞ｅ）
Ｆｉｇ．３
图３带分流叶片离心泵内静压分布
Ｓｔａｔｉｃ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅｓ （ａ）小流量工况 （ｂ）设计工况 （ｃ）大流量工况
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农业机械学报
２ ０ Ｏ ８年
到蜗壳隔舌的影响，当流体从叶轮流道内进入蜗壳 时，由于高速旋转叶轮和静止蜗壳间的相互作用，叶 轮出口和蜗壳螺旋段压力沿圆周分布呈明显的不对 称性和周期性特点。
力学和计算机技术的发展，国内外学割卜４ ３在离心
泵内部流场数值模拟方面已经进行了大量的研究。 本文采用ＣＦＤ程序分析两类不同叶片形式的
离心泵内流场，并验证分流叶片对离心泵叶轮出口 流场及性能的影响。
１研究对象
选取冲压焊接离心泵为研究对象，叶轮出口直 径为０．２０８ ｍ，叶片数为６，采用２种不同的叶片布 置形式（见图１），叶轮１采用６个长叶片；叶轮２采
图ｌ计算Ｉ碉格模型
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｇｒｉｄ ｍｏｄｅｌｓ （ａ）叶轮１（ｂ）叶轮２