基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术
基于Fluent数值模拟的混流泵水动力性能分析
’
ＷＵ Ｒｕｉｕｎ 。ＺＨＡＮＧ Ｙｏｕｂａｏ ．ＣＨＥＮ Ｔｉａｎ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ＤｉａｎＪｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１ ３０６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｍｉｘｅｄ－ｆ ｌｏｗ ｐｕｍｐ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ
ｆｏｒ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｓｐｅｅｄ，ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｗｉｔｈ ＦＬＵＥＮＴ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔ ｉｏｎｓｈｉｐ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｔｈｅ
随着 ＣＦＤ数 值模 拟技 术 的发 展 ，利 用数 值分 析 的方法 ，对混 流泵进行 三维流体数值模拟 ，以得到混 流泵水动力性 能和内部 流动情况逐渐成为指导混流泵 设 计 的 主 要 手 段 ［３ ］。 邴 号 等 人 ［５ 利 用 ｋ一８、
ｋ一８ＲＮＧ、ｋ－ｗ和 ｋ－ｗＳＳＴ ４种不 同的湍流模型对混流 泵进行分 析 ．得 到 了不 同湍 流模 型情 况下 的计 算精 度 。马桂 超等 ［６ 利用 ＣＦＸ软件 中的 一ｅＲＮＧ湍流模 型模拟 了混流泵 内部流场状况 。对叶片压力 面和吸力 面静压 、内部流 速等 进行 了讨 论 。西 华 大学 的 闫利 宇 ｆ７ 采用流 固耦合方法研究 了混流泵内部流体 与叶片 之间 的相互作用 ，得到叶片在流体作用下 的变形非常 小 ，可 以忽略 。谢 蓉等人 ｈ８ 在研究混流泵 时，发现在 较高 比转速下 ．控 制叶片弯曲度可 以有效控制进 口处 的漩 涡 ，避 免流体分离 ，从而减小流体损失 ，增 大效 率 。李 鑫ｒ９ 讨论 了混流泵不 同流量下 的功率 、效率 等 特性。孙 莎莎［１们讨论 了导 叶式混 流泵 间隙对 效率 的 影 响 。吕红呤 ［１¨利用 ＣＦＤ软件 Ｆｌｕｅｎｔ分析 了叶片流 道倾 角 、斜 坡半径 等参数 对混 流 泵水 动力 性能 的影 响 ，得到 了不 同转速 下 的叶片 压力 分 布 、泵 性能 曲
基于ANSYSFLUENT的双吸泵水力模型性能分析
基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析作者：杨溢来源：《科技创新导报》2019年第25期摘 ; 要：双吸离心泵作为通用机械，具有流量大、扬程高、维修方便等特点，应用领域广泛，涉及行业面广。
随着迅猛发展的计算流体动力学（CFD）技术，数值模拟技术已经作为一种重要手段来研究流体机械的内部流动规律以及预测流体外部性能参数。
本文基于ANSYS FLUENT对某S型双吸离心泵进行分析，从而获得外部参数与内部流动特征。
关键词：双吸离心泵 ;数值模拟 ;网格划分中图分类号：TP391.77 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0089-02随着双吸离心泵在国内应用的领域越来越广，目前开始重视对双吸泵的全面深入研究工作。
国内常用的双吸离心泵型号有 S型、SH 型、SA型等中开双吸离心泵[1]，较早的双吸泵产品性能能否满足市场的高指标高要求有待研究。
本文正是对某S型双吸泵模型进行数值模拟分析，从而得出其性能能否满足要求。
1 ;双吸泵实体建模与网格划分某S型双吸离心泵的性能参数为流量Q=280m3/h，扬程H=45m，转速n=2950r/min，效率η=79.0%。
根据水力模型木模图应用SolidWorks软件，主要采用放样的方法对叶轮、压水室、吸水室进行三维水体建模。
由于双吸泵流道的几何结构复杂，本文应用ANSYS ICEM CFD的非结构化网格中的四面体单元对其进行网格划分，为了液体流动更加平稳，本文在吸水室的前端和压水室的后端分别增加进出口延长段，主要步骤如下：（1）创建计算域、Part。
本文为5个计算域，对每个计算域划分3～5个Part，并对每个Part进行命名区分。
（2）设置网格尺寸并生成网格。
既可以设置模型的整体尺寸，如果需要也可以对Part进行加密划分。
（3）合并网格。
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟与性能预测
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ
随着计算流体动力学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）技术的迅速发展，数值模拟技术已 成为研究流体机械内部流体运动规律、预测流体机 械性能的一种重要手段¨一］。离心泵复杂的流道形 状、高速旋转、流体粘性以及动静部件间的相互作 用等决定了其内部流体流动实际上是一个三维的、 粘性的、非定常的极其复杂的流动方式，有的甚至 还是固液或气液等多相流动【３］，正因为如此，采用 传统的速度系数法和相似换算法设计和开发的离
图２叶轮中心回转面绝对速度分布
ｐ盱 Ｆｉｇ．２ Ｃｅｎｔｅｒ ｒｏｔａｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｖｅＩｏｃｉｔｙ
ｆｉｌ髑ｏｆ邮ｍｐ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
４．３内部流场总压力分布
如图４所示为离心泵叶轮回转中心面总压力
Ｆｉｇ．４
图４ 叶轮中心回转面总压力分布 Ｃｅｎｔｅｒ ｒｏｔａｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ｐｕｍｐ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
ＸＩＥ Ｊｉｅ－ｆｅｉ，ＬＩ Ｘｉａｎｇ—ｇｕｉ，ＹＡＮＧ Ｈｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
４．２内部流场速度分布
离心泵叶轮中心回转面绝对速度与相对速度 分布分别如图２与图３所示，叶轮内部和涡壳附近 流场分布比较理想，没有出现大的流动分离和冲击 现象，速度由叶片进口至叶片出口不断升高，由叶 轮至涡壳速度逐渐降低，同时顺着涡壳导流方向流 体速度不断升高，至泵出口区域流速才慢慢降低， 这与蜗壳的设计方法相符合，靠近蜗壳外壁处已经 出现了回流，这与实际情况相符，表明离心泵在设 计工况下的运行状态良好。
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程内容摘要：一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，...一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，并且能够更好的在设计阶段预测泵内部流动所产生的漩涡、二次流、边界分离、喘振、汽蚀等不良现象，通过改进以提高产品可靠性。
本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型，通过具体步骤希望广大同行能快速掌握运用Fluent对水泵进行CFD模拟的步骤方法。
二、建模采用Creo 2.0 M020（Peo/Engineer）进行建模。
本次教程不考虑叶轮前后盖板与泵腔间的液体（事实证明对实际结果有一定影响，为了教程方便因此不予考虑，大家可以在实际工作中加入对前后腔体液体），建模只考虑进口管部分、叶轮旋转区域部分、蜗壳部分。
对于出口管，可以根据模型的特征进行判别，本次模拟是由于出口管路对实际模拟结果影响很小，不存在尺寸急变等特征，因此去掉了出口管段，以减少网格数量。
建模如图所示：图1 建立流道模型三、网格划分建模完成后，导出*.x_t（或其他格式）格式，导入网格划分软件中进行网格划分。
网格划分软件有很多，各有各的优势，主要采用自己熟练的一种即可。
本次教程采用ICEM进行网格划分。
进口段为直锥型结构，采用六面体网格。
叶轮和蜗壳部分采用四面体非结构网格（也可以采用六面体网格，划分起来比较麻烦）。
对于工程应用，可以采用不划分边界层网格，划分边界层网格比较费时间，生成的网格数量也很高，但是从模拟的外特性曲线来看，差别不是很大，但是对于研究边界层流动对性能的影响，就必须划分边界层，对于采用有些壁面条件，也必须划分边界层（该部分查看其它教程）。
离心泵水力性能数值预测
一
一
２
一
ｋ
（） ２
一
本文借助商用软件 Ｆ Ｕ Ｎ ， Ｌ Ｅ Ｔ 采用 Ｎ—ｓ方程 ， 配 合 标 准 Ｋ一 湍 流模 型 ， 水 泵 内 流 场 进 行 了三 维 数 对
值 模 拟 。通 过 对 内流 场 的模 拟 ， 出 了一 些 离 心 水 泵 得
分 别代 表各 坐标 分 量 札Ｙ ； ，
设 叶轮 和 蜗壳 内部流 动 为 稳态 ， 不 可压 流 动 。 且
：
本 文 假定 出 口边 界 处 流 动 已充 分 发 展 ， 口区域 出 离 开 回流 区较 远 ， 则有
０ ｆ ４）
出
采用 商 用 Ｃ Ｄ软 件 ． Ｕ Ｎ ６ １和 Ｋ一 湍 流模 型 ， Ｆ Ｆ Ｅ Ｔ． Ｌ 假
维普资讯
２０ ０ ８年 ８月
农 机 化 研 究
第 ８期
离 心 泵 水 力 性 能 数 值 预 测
陈 松 ，朱 荣 生 ，黄 义 刚
２２ １ ） １ ０ ３
（ 苏 大 学 流 体机 械 工 程 技 术研 究 中心 ，江 苏 镇 江 江
摘 要 ：采用 标 准 ，一 （ ｓ湍 流 模 型 和 ＳＭ Ｌ Ｃ算 法 ， 近 年来 快 速 发 展 的 Ｃ Ｄ 技术 应 用 在 不 同 的工 况 下 ， 对 离 ＩＰ Ｅ 将 Ｆ 并
关键 词 ：离 心泵 ；内流 场 ；水 力 性 能 ；数 值 模 拟
中图分类号 ： ￥ ７ ． ２ ２７９ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ ０ ０ ０ ０ ０ ８ Ｘ（ ０ ８）８— ２ ３— ３
向同性 。蜗壳 垂 直 轴 ， 面 为 ） 平 面 ， 直 纸 面 向 轴 ， 、 垂
离心泵CFD应用---Fluent计算
注：一般的清水离心泵分析可不设置重力
d 11、边界条件设置 UnRegistere 点击 Define → Boundary Conditions，如图（21）
图（20）
图（21）
1）流体区域设置 在这个模型里面流体区域有三块，fluid-in(进口)、fluid-run(叶轮)、fluid-out （蜗壳）
is fluid-run,说明这个 wall 是属于叶轮，我们要把它设置为旋转的。
在 wall motion 下选择 moveing wall，如图（35）
g 由于它是相对于叶轮静止的，所以选择 Rotational。此时要查看旋转轴 Z 是否为 1，如
UnRe 果不是的话要设置为 1，其余为 0。如图(36)
图（38） 13、残差设置
点击 Solve→Momitors→Residual,在 Options 在勾选 Plot，点击 OK。如图（39）
图（39）
d 14、初始化设置
点击 Solve→Initialization,在 Compute From 下选择 in，点击 Init→OK。如图（40）
UnRegistere图（40）
15、保存文件 点击 Write→Case&Data→保存路径 点击 Autosave→在 Autosave Case/Data File Frequency 里面分别填 1，这样的话每 计算完一次都会保存数据，在 File Name 下面给文件重新起个名字。对于稳态计算建 议保存频率取小一点，可以计算 10 次之后保存一次。而对于非稳态计算可以取大频 率。如图（41）
UnR图图（（4e）5）gistered
注：1）创建网格分界面要在 check 网格之前，否则 check 网格时就会出错。 2）在创建网格分界面之后你会发现在 Boundary Conditions 里面多了四个边界 （wall-13、wall-25、wall-27、wall-28），如图（6）
基于FLUENT的抽油泵泵效仿真研究
基 于 Ｆ Ｕ ＮＴ的 抽 油 泵 泵 效 仿 真 研 究 Ｌ Ｅ
李 连 峰 伊秀 娟 冠 联 星。 廉 光 义 张 ， ， ， ， 泽
（． 国石 油大 学 （ １中 华东 ）机 电 装 备 教 学 实 习 总厂 ， 山东 东 营 ２ ７ ６ ；． 林 油 田 职 业 教 育 中 心 ， 林 松 原 １ ８０ ； ５ ０ １２ 吉 吉 ３ ０ ０
弹性 体花瓣 的波 峰 和波 谷处 ， 纹导 致定 子 弹性 体 裂
逐渐 被撕裂 而失效 。过 高 的压 力 、 复制 动 、 反 定转 子 配合 过量 的压缩都 会致 使定 子失效 。 ２ 钻 井液 为油基 泥浆 、 ） 柴油基 泥浆 时 ， 定子 长 期在 这种环 境下工 作 时 ， 弹性 体 的物 理性质 会改 变 ， 橡胶 弱化 收缩或膨 胀 ， 时结 合 定转 子 配 合量 的变 同 化 ， 速定子 弹性 体 的失 效 。高 温也 是 导致 定 子 失 加 效 的最 重要 的参数 ， 弹性 体 处 于 高温 井 下 时 弹性 体 性 能降低 ， 同时 弹性 体 的热 滞 后 会进 一 步 导 致定 子
２１ ０ １年 第 ４ 卷 Ｏ 第９ 期 第４ ８页
０Ｉ Ｌ ＦＩ ＥＬＤ
石 油 矿 场 机 械 ＥＱＵＩ ＰＭＥＮＴ
２ １ ４ （ ）４ ～５ ０ １，０ ９ ： ８ ２
文 章 编 号 ：０ １ ３ ８ （ ０ １ ０ —０ ８ ０ １ ０ — ４ ２ ２ １ ）泵 效进 行 了模 拟仿 真研 究 ， 出 了不 同参数 对 泵效 的影 响 机 理 。并 利 用 得
ＭＡＴ ＡＢ对数 据进 行分析 ， 出不 同抽 汲参 数对 泵效 的影响 和抽 汲 参数 对泵效 的综合 影响 ， Ｌ 得 对合
基于Fluent的水泵流动区域的CFD数值计算模型
CFD 数值计算模型软件平台：PRO-E3.0理论上，水泵的进口到出口的流动区域就是我们的计算模型。
一般，全流场算域分为5部分：1. 叶轮进口段2. 叶轮内流动域3. 泵体前腔4. 泵体后腔5. 泵体（涡壳）6. 出口段通常我们计算的时候运用流动域1、2、5、6, 最简化的为流动域2、5.计算模型可以运用PRO-E ，UG ，CATIA 等三维造型软件，具体的造型过程和步骤请点击三维造型培训，模型通常保存为STP 和IGS 文件格式.各流动域可以分别造型，然后进行装配.简单的模型可以运用FLUENT 前处理软件GAMBIT 中进行.下图为某型号纸浆泵，计算模型包括：1. 叶轮进口段，2. 叶轮内流动域，3. 泵体前腔，4. 泵体后腔，5. 泵体（涡壳）某型号纸浆泵计算模型下图为某型号低比速离心泵计算模型，包括：1. 叶轮内流动域，2. 泵体（涡壳）。
模型作了简化，没有考虑腔体中的流动。
某型号低比速离心泵计算模型下图为某型号的循环泵全流场计算模型，包括所有的流动区域。
某型号循环泵计算模型计算模型的造型是CFD 工作中非常重要的一部分，由于造型可能影响到网格划分和网格生成质量，因此，科学合理的造型将达到事半功倍的效果。
网格划分计算模型导入步骤 File--Import, 见下图。
导入计算模型, 轮廓图见下图。
网格划分界面a 面合并界面b 网格分界面c 网格质量检查模型处理好后, 分别对流动区域进行网格划分通常, 叶轮和泵体的几何现状不规则，运用T-Grid 类型进行网格划分，网格间距根据模型大小和计算机性能配置进行设置，一般取1-10.在进行全流场计算时，您可以在口环、涡壳隔舌、压力梯度大的区域进行局部加密，局部加密时，需要注意网格变化不能太剧烈。
为了提高计算精度和粘性底层的影响，先画好边界层网格，再画体网格。
在FLUENT 中，您可以根据计算的结果，用Adapt-Gradient 对压力梯度大的区域进行加密，如下图所示。
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析．对比分析结果表明，基于ＦＬＵＥＮＴ数值模拟结果预测离心泵水力性能的方法具有比较高的精
度，可以应用于工程实践．
关键词：离心泵；数值模拟；水力性能；预测；标准ｋ一占湍流模型
中图分类号：ＴＨ３１１
文献标志码：Ａ 文章编号：１００５—６２５４（２００８）０３一００２２一０４
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
万方数据
由表２、图５和图６可知：扬程和总效率的预测
第３期
谈明高等：基于ＦＬＵＥＮＴ的离心泵水力性能预测技术
２５
值和试验值都非常接近，预测精度令人满意．其中扬 １．５％．说明该预测方法可以应用于工程实践．
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
图６总效率曲线 Ｆｉｇ．６ Ｔｏｔａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃｕｒｖｅ
２ 预测结果及分析
限于篇幅，这里仅给出模型５和模型９的预测结 果图．图１和图３为模型中间截面（蜗壳几何对称 面）上的总压和绝对速度分布；图２和图４为预测计 算中用到的各截面相应参数的分布．性能参数预测 方法如下：
实际扬程
日Байду номын сангаас旦型！也
Ｐｇ
式中ｐ。。为蜗壳出口总压；Ｐｉ。为叶轮进口总压． 理论扬程
万方数据
ＲＥＮ Ｔａｏ，ＹＡＮ Ｙｏｎｇ·ｑｉａｎｇ，ＵＡＮＧ Ｗｕ—ｋｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＦＤ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ［Ｊ］． Ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００７，２５（１）：２５— ２８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ Ｇｏｎｚ矗ｌｅｚ Ｊ，Ｆｅｒｎｔｉｎｄｅｚ Ｊ，Ｂｌａｎｅｏ Ｅ，ｅｔ ａ１．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎ舡ｎｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｄｕｅ ｔｏ ｉｍｐｅｌｌｅｒ－ｖｏｌｕｔｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭＥ，２００２，１２４：３４８—３５４． ［４］ 郭鹏程，罗兴铸，刘胜柱．离心泵内叶轮与蜗壳间耦合 流动的三维湍流数值模拟［Ｊ］．农业工程学报，２００５， ２ｌ（８）：１—５． ＧＵＯ Ｐｅｎｇ—ｃｈｅｎｇ．ＬＵＯ Ｘｉｎ—ｑｉ，ＬＩＵ Ｓｈｅｎｇ－ｚｈｕ．Ｎｕｍｅｒｉ－ ｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ａｎｄ ｖｏｌｕｔｅ ｅａｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００５，２１（８）：１—５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］Ｒｉｋｋｅ Ｋ Ｂ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｂ Ｊ，Ｎｉｃｈｏｌｓ Ｐ．Ｆｌｏｗ ｉｎ ａ ｃｅｎｔｒｉｆｕ－
图２ 模型５各截面总压和切向速度分布
Ｆｉｇ．２
Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｃｅｓ ｏｆｍｏｄｅｌ ５
Ｆｉｇ．４
图４ 模型９各截面总压和切向速度分布
Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｆａｃｅｓ ｏｆｍｏｄｅｌ ９
ｒ五扔 水力效率：
仇＝Ｈ／ｑ
容积效率婶１：仇２
总效翱＝（去、＋叼。等叩ｈ＋０．ｒ。０３１／。１
式中Ｐ。为输出功率，Ｐ。＝ｐｇＱＨ；ＡＰ。为圆盘摩擦损 失，计算方法见文献［９］．
误差计算：扬程采用相对误差即预测值与试验 值的差值比上试验值的百分比；效率采用绝对误差 即预测效率与试验效率的差值．各模型的性能参数 计算结果见表２．
Ｔａｂ．１
表１计算模型的结构参数和性能参数 Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｍｏｄｅｌｓ
１．１控制方程 对于不可压流体，相对定常流动，雷诺时均控制
方程（ＲＡＮＳ）
丝：ｏ
Ｏｘｉ
吩篝一寺嚣＋毒（∥警一Ｕ＇ｉＵ＇ｊ）１１， Ｍｉ——＝一——●十＿ＩⅣｏ一
排灌机械
第２６卷
耻【耋毕】。ｋ一［主ｉ＝１警１瑚。
式中口。为绝对流速的圆周分量；秽为圆周速度；ｉ为叶 轮进出口面上的节点数．
图ｌ 模型５中间截面总压和绝对速度分布
Ｆｉｇ．１
Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｍｉｄｄｌｅ ｆａｃｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ５
ｏｆ ｃｅｅｎｎｔｔｒｒｉｌｆｍｕｇｇａａｌｌ ｐｕｍｐ［ｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ
Ｕ ＥＮ １
ＦＬＵＥＮＴＯｌ
ＴＡＮ Ｍｉｎｇ－ｇａ０１，ＨＵ Ｈｏｕ－ｌｉｎｌ，ＷＵ Ｘｉａｎ乒ｎ９２
（１．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉ∞ｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３。Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｒｅｐ－ ｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｃｏｌｆａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００４０，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
第３期
谈明高等：基于ＦＬＵＥＮＴ的离心泵水力性能预测技术
导叶式井泵内部流动进行了模拟，详细地分析了泵 和导叶内速度和压力分布以及汽蚀和轴向漩涡等一 些流动现象，并对该井泵的水力特性进行了预测，预 测值与试验数据比较接近．
目前，在用数值模拟进行泵性能预测方面虽然 进行了很多研究，但绝大多数的研究都仅针对某一 台泵，研究结果不具有普遍性．为此，笔者选用了１０ 台具有一定代表性的离心泵作为研究对象，采用 ＦＬＵＥＮＴ软件对其设计点工况进行了叶轮蜗壳耦合 数值模拟和性能预测并对结果进行了分析．
收稿日期：２００８—０３—０３ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５０９００９）；国家“８６３”计划项目（２００６ＡＡ０５７２５０） 作者简介：谈明高（１９８０一），江苏扬州人，博七研究生（ｔｍｇｗｘｆ＠１６３．ｃｏｒｎ），主要从事泵性能预测的研究．
刘厚林（１９７ｌ一），江苏溧水人。研究员（１ｉｕｈｏｕｌｉｎ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事泵现代设计理论与方法的研究
第２６卷第３期 ２００８年５月
排灌机械
Ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｖ０１．２６ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２００８
基于ＦＬＵＥＮＴ的离心 泵水力性能预测技术
谈明高１，刘厚林１，吴贤芳２
（１．江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３；２．柯尔法公司上海代表处，上海２０００４０）
ｗｅｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｎｅｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ＦＬＵＥＮＴ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐｓ ａｒｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｅｎｏｕｇｈ，
摘要：介绍了用数值模拟方法进行离心泵性能预测的研究现状和存在的问题．采用商业软件
ＦＬＵＥＮＴ，在双参考坐标系下，利用有限体积法对雷诺时均Ｎａｖｉｅｒ．Ｓｔｏｋｅｓ方程进行数值离散，选用标
准后一占湍流模型，ＳＩＭＰＬＥＣ方法求解，对１０台离心泵的设计点工况进行了叶轮蜗壳耦合三维粘性
相对定常的数值模拟并进行了性能预测．计算了各模型的扬程和效率并与试验值进行了对比和分
表２预测外特性计算结果 Ｔａｂ．２ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｏｄｅｌｓ
图３ 模型９中间截面总压和绝对速度分布
Ｆｉｇ．３
Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｍｉｄｄｌｅ ｆａｃｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ９
ｓｅａｒｃｈ ａｃｔｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐｓ［Ｊ］．几，印Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５（３）：２３ —２５。４５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］任涛，闫永强，梁武科．ＣＦＤ技术在离心泵优化设 计中的应用［Ｊ］．排灌机械，２００７，２５（Ｉ）：２５－２８．
进口条件：假定进口速度“ｉ。在轴向均匀分布，
具体数值由流量与进口面积比值给定：进口湍动能 ｋ和占湍流耗散率由下式给定：
ｋｉ。＝０．００５ｕ１２．，占ｉｎ＝《４昧２以，ｚ＝０．０７Ｄ幽 出口条件：计算前出口速度和压力未知，采用自
由出口边界条件．由于全部流场只有一个出口，其出 流权重设为１．
固壁条件：在固壁处采用无滑移边界条件，在近 壁区采用标准壁面函数．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｂｏｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｅｎ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐｓ ａｔ ｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＦＬＵＥＮＴ．Ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｋ一占ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ＳＩＭＰＬＥＣ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ＦＬＵＥＮＴ，ａｎｄ ｍｕｌｔｉ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ—ｓｔａｔｏｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｈｅａｄ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎ ｍｏｄｅｌｓ