基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术
基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析
应用ANSYS FLUENT软件对双吸泵进行数值模拟，对 包括设计工况点、小流量点、大流量点在内的6种不同运行 工况下进行研 究。考虑容积 损失和圆盘 摩擦 损失，通 过计 算得到了外部 性 能 参 数，扬程和 效率曲线比 较 平滑，但 是 扬程和效率都没有达到设计的要求。获取叶轮、吸水室和 压水室的内部压力场和速度场特征，压力与速度分布基本
经过网格无关性分析，确定网格数量为130万个。网格 数量为进水段44334、吸水室518853、叶轮402279、压水室 283093、出水段44678。
2 双吸泵内部流场与性能参数分析
2.1 双吸泵数值模拟
本文以清水为模拟介质，选取雷诺平均N -S 方法中的 标准k-ε模型。应用有限体积法，采用定常、稳态流场进行 数值模拟，Fluent主要操作步骤如下：
的处理选取标准壁面函数。 （2）定义计算域。叶轮为旋转区域，转速为2950 rpm，
由模型确定旋转轴为Z 轴，方向为正。设置静止区域的部 分为吸水室、压水室、进水段和出水段。
（3）设置边界条件。 进口边界：进水段的进水面为速度进口。 出口边界：将出水段的出水面设置为出口边界，选择自 由流出。 壁面的设定：叶轮前后盖板和叶片的壁面设为旋转壁 面，转速为零。其他计算域的壁面设为静止壁面。 （4）设 置求解方 法。本文 对双吸 泵 进 行定常 模 拟，压 力和速度的耦合采用SIMPLE算法更接近试验值。压力插 值 项 采用标准 形式，对 动 量、湍 动 能、湍 动 耗 散率 均 选 择 一阶迎风格式。 2.2 计算结果
Science and Technology Innovation Herald
基于ANSYS FLUENT的双吸泵水力模型性能分析
杨溢 (沈阳鼓风机集团股份有限公司 辽宁沈阳 110869)
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）。
基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术
123. 80 46. 35 51. 06 46. 08 32. 50 33. 31 29. 10 15. 91 18. 90 21. 63
2 950 2 900 2 900 2 900 1 450 2 900 1 450 1 500 1 485 2 900
32. 40 44. 80 45. 95 60. 84 84. 49 86. 44 117. 81 119. 04 165. 00 170. 13
H = pout - pin
μ 5 ε ε 5 ρε uj - μ + t = ρ ( C1 Pk - C2ε) 5xj k σ ε 5xj μt 5ui 5uj 5ui Pk = ρ 5 xj + 5 xi 5 x j 式中 μt 为涡粘性系数 ; Pk 为湍动能 k的生成项 ; Cμ = 0. 09;σk = 1. 0;σ . 3; C1 = 1. 44; C2 = 1. 92. ε = 1
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) 5u i =0 5 xi
uj
具体数值由流量与进口面积比值给定 : 进口湍动能 k 和 ε湍流耗散率由下式给定 :
kin = 0. 005 uin ,ε μ in = C
2 3 /4
kin / l, l = 0. 07D inlet
+
总效率 :η =
1
ΔPd
Pe
-1
ηvηh
+ 0. 03
式中 Pe 为输出功率 , Pe =ρ gQ H;ΔPd 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.
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CFD的高海拔地区某型号离心泵水力性能优化
基于CFD的高海拔地区某型号离心泵水力性能优化郭傲辉;张政;李杨;孙振华;王丝丝【摘要】离心泵已在工农业生产过程中得到了广泛的应用,因此,水泵的高效运行非常重要.但是到目前为止,对高海拔地区水泵的高效率运行研究几乎是空白.为了解决某型号离心泵在高海拔地区长期运行后出现的效率明显降低的问题,基于CFD数值模拟软件,运用SST湍流模型,对该型号的离心泵在不同叶片数下的流场进行了数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行了比对分析,以探索添加叶片对提升该型号离心泵效率的影响.结果表明:模拟结果与试验数据误差在允许范围内(<3％),将叶片数从4增加到6时,运行效率提升到89％,但叶片数增加到8时,并不利于离心泵效率的提升.研究结果可为该型水泵运行效率的提升和改型提供借鉴与理论参考.%Centrifugal pumps have been widely used in industrial and agricultural production,and the efficient operation is of great importance.However the researches of their efficient operation in high altitude areas are almost blank.In order to solve the low efficiency problem of a type of centrifugal pump in high altitude area after long－term operation,SST turbulence model is used to simulate the flow field of the centrifugal pump with different blades by CFD numerical simulation software,and the results are compared with the experimental data.The results show that the data error between the simulation and experiment is less than 3％; the operation efficiency increases to 89％when the blades number increase from four to six,however the increment of blade number to eight is adverse to efficiency improvement.The research result can provide a theoretical reference for upgrading the ef-ficiency and retrofit of the pump.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2018(049)012【总页数】4页(P98-101)【关键词】SST湍流模型;压力云图;离心泵;高海拔地区【作者】郭傲辉;张政;李杨;孙振华;王丝丝【作者单位】西藏农牧学院水利土木工程学院,西藏林芝 860000;国网河南电力安阳供电公司,河南安阳455000;西藏农牧学院水利土木工程学院,西藏林芝860000;西藏农牧学院水利土木工程学院,西藏林芝 860000;西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】T1 研究背景离心泵已被广泛地应用于石油化工、农田灌溉、食品加工以及生活用水等各个领域[1]，是一种使用量非常大的水泵，它在国民经济中起着极为重要的作用[2]，显然，离心泵的高效运行非常重要。
基于CFD的离心泵内部三维流动数值模拟和性能预测_王志坚
从图中可以看出， 叶轮在进口处速度比较低， 但流动比较均匀， 说明叶轮进口处结构设计合理。 叶轮的速度从进 口 到 出 口 逐渐 增加， 在 出 口 处达 到最大值。这 是因 为 随着 叶轮半 径 的 增加， 流体 的线速度 也随着 增加。 隔舌 附 近 的速度分 布 紊 乱， 这是因为隔舌 的 阻 力和 叶轮 带 动 流 体 高速 旋 转所致。螺旋 流 道 大 部 分速度 矢 量 是 均匀 的， 在 出口处流动不稳定 并 出 现 回 流， 这 是因 为 涡壳 出 口压力较高 造 成的。 总 体而 言， 离心 泵 流 动 状 况 ， ， 良好 没有出现明显的二次流 漩涡等不良现象。 图 4 是相对速度 矢 量， 从图可 以 看 出总 体 上 离心泵的相对速度分布比较均匀。在两个叶片之 间的流体中存在着射流 － 尾 迹 流 动， 在 每 个 叶片 吸力面附近， 形成一个低能流体区， 流体相对速度 较小， 形成 尾 迹 区; 而 在 叶轮 压 力面 附 近， 形成 一 个高能 流 动 区， 流 体 相 对速度 较 大， 形成 射 流 区; 吸力面附 近 的速度 要 明 显 高于 压 力面 附 近 的速 度; 在 隔舌 附 近， 流 体 的 相 对速度的 矢 量 分 布 错
图2 离心泵网格划分
2． 2
控制方程
壳内流动( 绝对运动) ， 在两 个 区 域交 界 面 处 交 换 惯性坐标系下的流体参数， 保证交界面的连续性。 边界条件设置如下: ( 1 ) 入 口 边 界 条 件设 置 为 速度 入 口， 指定入
离心泵内部流动属于三维、 粘性、 非定常湍流流 动， 其运动规律符合 Navier － Stokes 方程， 而离心泵
式中
— —流体密度 ρ— u— — —速度 p— — —压力 t— — —时间 x— — —空间坐标 — —动力粘度 μ— S— — —源项 k 方程为: 使用标准 κ － ε 模型使雷诺方程封闭， ( ρk ) ( ρku i ) + t x i μ t k = + G k － ρε + x j μ σ k x j ε 方程为:
离心泵CFD应用---Fluent计算
离心泵CFD分析教程（二）--- Fluent计算1、导入网格文件打开Fluent软件选择3d双击，点击File→Read→选择Case→选择网格文件。
如图（1）、（2）、（3）图（1） 图（2）图（3）2、创建网格分界面把进口、叶轮、蜗壳的interface合并，具体的是进口处的interface-in和叶轮进口的interface21合并，叶轮出口的interface23和蜗壳的interface-3合并。
点击Grid Interface(a) 在Grid Interface框里输入分界面的名字，如图（4）(b) 确定组成网格分界面的两分界面区域，在Interface Zone1和Interface Zone 2列表中各选择一个。
（次序无关），如图（4）(c) 点击Create建立新的网格分界面，如图（5）(d) 点击Close关闭图（4）图（5）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）图（6）3、check网格点击Grid → check，要留意如图（7）所示的volume statistics三项数据是否为正数，若为负数的话就要重新划分网格。
图（7）4、单位换算（scale Grid）点击Grid → scale Grid，在选择㎜，点击→，如图（8）图（8）5、平滑、交换网格点击Grid → Smooth/Swap Grid 如图（9）图（9）点击→，如图(10)，继续→直到多次为零而止,如图(11)图（10） 图 (11)注：这对于非结构网格来说非常重要。
6、求解器设置点击Define→Modles→Solver,在Time下面选择steady(定常)，点击OK，如图（12） 一般离心泵可选择定常，如果要测算瞬态流的话就要选择Unsteady图（12）7、湍流模型选择点击Define→Modles→Viscous Modle,选择k-epsilon(2kqn), 点击OK，如图（13）图（13）8、设置流体物性点击Define→Materials→右侧Fluent Database(如图14)→在Fluent Fluid Materials 里面选择Water-liquid(H2o<l>)（如图15）,点击Copy→Close图（14）.9、设置旋转单位点击Define→Units→angular-velocity→rpm→Close，如图（16）如图（16）10、设置运行条件点击Define→Operating Conditions→点击Gravity(重力)前面的小方块，在重力的作用坐标线上填上大小，负号表示重力的方向和坐标方向相反→点击OK在Operating Pressure可以设置参考压力，一般默认为一个大气压。
基于数值的离心泵性能预测
2.3 能量方程— ——能量守恒定律
De ＝ Q － 1 Dt ρ ρ
鄣qi 鄣xi
－1 ρ
πi,j
鄣ui 鄣xj
其 中 ， ρ 为 流 体 密 度 ， xi 、xj 空 间 点 的 坐 标 ，ui 为 在 时 间 t 坐 标 xi
点 的 速 度 分 量 ，i=1,2,3，e 是 单 位 质 量 理 想 流 体 内 能 ，Q 为 单 位 时 间 内
2013 年 第 7 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○本刊重稿○
科技信息
基于数值分析的离心泵性能预测
付长顺 巴力登 （新疆大学 电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000）
【摘 要】利用 CFD 仿真软件对离心泵内流场不可压湍流流动进行数值仿真。 揭示了离心泵内部湍流流场的分布规律, 并对离心泵的性能 进行预测。 对于了解离心泵内部的流动情况、提高离心泵的效率和改进离心泵的设计有很好的参考价值。
A0 +As U k/ε
A0 =4.0，AS= 姨 6
cosφ，
φ=
1 3
-1
cos
姨 姨
6
ω
鄣 ， ω=
Sij Sjk Ski
姨Sij Sij
姨 * * 鄣 *
U = Sij Sij +Ω ij Ω ij
*Ω ij =Ωij －2εijk ωk
Ωij =Ω ij －εijk ωk
Ω ij 是在以角速度 ωk 旋转的旋转坐标系中得到的平均旋转速度。
仿真二维离心泵叶轮的湍流流动和计算计算整个泵的特征性能 曲线，流动区域离散化成笛卡尔网格，并且雷诺平均 N-S 方程 解 决 了 控制体积方法和 k-ε 湍流模型。
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）
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ρ g
式中 pout 为蜗壳出口总压 ; pin 为叶轮进口总压 . 理论扬程
进口条件 :假定进口速度 uin 在轴向均匀分布 ,
24
n
排 灌 机 械 第 26 卷
Ht =
∑
i =1
( vu v / g ) i N
法” 对某一设计工况下离心泵内全三维紊流场进行 了预测 ,结果表明该方法能够较为准确地预测离心 泵叶轮 与 蜗 壳 间 及 内 部 流 动 的 特 性 . Christian 和 [ 5, 6 ] N ichols等 用大涡模拟对一离心泵的设计点和一 非设计点进行了预测并与测试结果进行了比较 , 结 果令人满意 . 文献 [ 7 ]采用 FLUENT 软件对一多级
4 5 5 5 6 5 6 6 6 6
0. 315 0. 192 0. 209 0. 194 0. 328 0. 168 0. 315 0. 232 0. 268 0. 140
0. 008 0. 005 0. 004 0. 007 0. 018 0. 010 0. 030 0. 022 0. 039 0. 026
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) 5u i =0 5 xi
uj
具体数值由流量与进口面积比值给定 : 进口湍动能 k 和 ε湍流耗散率由下式给定 :
kin = 0. 005 uin ,ε μ in = C
2 3 /4
kin / l, l = 0. 07D inlet
H = pout - pin
μ 5 ε ε 5 ρε uj - μ + t = ρ ( C1 Pk - C2ε) 5xj k σ ε 5xj μt 5ui 5uj 5ui Pk = ρ 5 xj + 5 xi 5 x j 式中 μt 为涡粘性系数 ; Pk 为湍动能 k的生成项 ; Cμ = 0. 09;σk = 1. 0;σ . 3; C1 = 1. 44; C2 = 1. 92. ε = 1
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 Navier2Stokes方程进行数值离散 ,选用标 准 k - ε湍流模型 , SI M PLEC 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 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 - ε湍流模型 中图分类号 : TH311 文献标志码 : A 文章编号 : 1005 - 6254 ( 2008 ) 03 - 0022 - 04
第 26 卷 第 3 期 2008 年 5 月
排 灌 机 械 D rainage and Irrigation M achinery
Vol . 26 No. 3 M ay 2008
基于 FLUENT的离心泵水力性能预测技术
谈明高 , 刘厚林 , 吴贤芳
1 1 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)
1 计算模型
选取了 10 个水力模型作为计算对象 ,比转速为
32 ～170. 试验结果见表 1. 采用 Pro / E 软件进行模
型泵的叶轮 、 蜗壳和吸入室的三维造型 ; 采用 GAM 2 B IT软件对模型的各过流部件进行了混合网格划分 并检查了网格质量 . 经检查 ,网格的等角斜率和等尺 寸斜率都小于 0. 85, 网格质量良好 . 叶轮和蜗壳的 网格数均为 40 万左右 . 计算收敛精度为 10 .
Hydraulic character istic pred iction techn ique of cen tr ifuga l pumps ba sed on FL UENT
TAN M ing 2gao , L IU Hou 2lin , WU X ian 2fang
1 1 2
( 1. Technical and Research Center of Fluid Machinery Engineering, J iangsu University, Zhenjiang, J iangsu 212013, China; 2. Shanghai Rep 2 resentative Office of Colfax Corporation, Shanghai 200040, China)
Abstract: The research status about perfor m ance characteristics p rediction of centrifugal pump s based on numerical sim ulation was introduced. Performance characteristics of ten centrifugal pump s at designed flow rate were sim ulated by using the comm ercial softw are FLUENT . The standard k - ε turbulence model and SI M PLEC algorithm were adop ted in FLUENT, and m ulti reference frame was used to consider the rotor - stator interaction. According to the si m ulation results, the head and efficiency of the ten models were p redicted and compared w ith the experi m ental ones . The comparison indicates that using FLUENT sim ulation to p redict performance characteristics of centrifugal pump s are feasible and accurate enough, and can be app lied to engineering p ractice. Key words: centrifugal pump; numerical sim ulation; perfor m ance characteristics; p rediction; standard k - ε turbulence model
- 5
表 1 计算模型的结构参数和性能参数 Tab. 1 Character istic and geom etry param eters of selected m odels
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
试验值
Q / (m 3 / h) H /m n / ( r/m in) ns
几何参数 η/ %
47. 90 65. 40 61. 80 73. 53 76. 50 79. 30 82. 50 80. 40 84. 35 84. 75
Z D 2 /m b2 /m
β ) 2 / (°
35 38 34 38 31 33 27 28 31 34
44. 90 20. 37 24. 75 37. 20 170. 00 46. 15 280. 00 108. 00 287. 60 93. 56
outlet
n
-
∑
i =1
( vu v / g ) i N
inlet
式中 vu 为绝对流速的圆周分量 ; v为圆周速度 ; i为叶 轮进出口面上的节点数 .
图 1 模型 5 中间截面总压和绝对速度分布 Fig . 1 To tal p ressure and ab so lute ve loc ity distribution on m iddle face of mode l 5
+
总效率 :η =
1
ΔPd
Pe
-1
ηvηh
+ 0. 03
式中 Pe 为输出功率 , Pe =ρ gQ H;ΔPd 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.
式中 ρ 为液体密度 ; ui 为 i方向的雷诺平均速度 ; p为 雷诺平均静压 ; ui ′ 为脉动量 . 标准 k - ε方程
2 μt = Cμ ρ ε k / μ 5k 5 ρ uj k - μ + t = ρ( Pk - ε) 5xj σk 5xj
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
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 ( 2006AA05Z250) 作者简介 : 谈明高 ( 1980 —) ,江苏扬州人 ,博士研究生 ( tm gwxf@163. com ) ,主要从事泵性能预测的研究 . 刘厚林 ( 1971 —) ,江苏溧水人 ,研究员 ( liuhoulin@ ujs . edu. cn) ,主要从事泵现代设计理论与方法的研究 .