基于离心泵参数优化设计及分析
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟作者：郑玉彬张旭明来源：《科技创新与应用》2014年第21期摘要：为研究CFD技术在离心泵内部流场分析方面的应用，通过三维软件Pro/E对核主泵内部流道进行三维造型，基于雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型两方程及SIMPLEC算法，应用计算流体力学软件CFX对泵进行了定常数值模拟和分析。
结果表明：由于蜗壳的扩压作用，在0.6Q～1.3Q泵的内部压力变化梯度明显，从叶轮进口向蜗壳出口方向，压力逐渐增加。
在0.9Q～1.1Q工况，泵内的压力变化更加均匀，这表明在设计点附近，泵的流动更加稳定。
而在1.2Q和1.3Q工况，在第八断面附近，出现高压流体和低压流体交汇，流场分布不均匀，这表明泵在大流量区域流动不稳定。
应用CFD技术能很好的分析离心泵的内部流场。
关键词：CFD；离心泵；数值模拟随着工业和城市化的进一步发展，我国面临着水污染严重，污水治理起步晚、基础差、要求高的形势，因此开发高效节能的排污泵能够降低能耗，达到节能的效果，可以为国家带来巨大的经济效益[1]。
施卫东[2]为实现低比转速潜水排污泵高扬程、高效率、无过载性能的统一，对WQS150-48-37型低比转速潜水排污泵采用不同设计方法，经优化得出3种方案，应用Pro/E软件建模，结合Fluent软件对3种方案进行了多工况内部流场分析和性能预测，并与外特性试验结果对比。
丛小青[3]针对低比速排污泵轴功率曲线随流量增大而增大这一特点，从理论上推导了排污泵产生无过载轴功率的条件，分析了主要几何参数对扬程曲线斜率的影响，给出了无过载排污泵水力设计中主要几何参数的选择原则和范围，同时通过设计实例，阐述了无过载排污泵的设计方法。
刘厚林[4]通过对双流道泵叶轮和蜗壳里的水力损失、容积损失、机械损失的分析，提出了双流道泵扬程曲线、效率曲线的性能预测方法，分别给出了双流道泵叶轮和蜗壳内各种摩擦损失、扩散损失，及主要局部损失的计算方法。
多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析
多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析
袁丹青;韩泳涛;丛小青;石荣
【期刊名称】《排灌机械工程学报》
【年(卷),期】2015(033)010
【摘要】为提高多级离心泵性能设计了一种新型导叶,借鉴扭曲离心叶轮和流道式导叶的设计方法,通过固定内缘型线和外缘型线生成导叶三维扭曲导流叶片.该导叶正、反导叶光滑连接形成新的空间扭曲叶片,把导叶分割成几个独立的连续变化的流道,有助于减少导叶水力损失.针对一种海水淡化高压多级离心泵,设计了多组新型导叶方案,利用CFD软件计算分析,探究了新型空间导叶的设计规律.通过对不同方案性能对比分析,获得了优化的导叶模型,并做了样机试验,该模型具有较好的水力性能,在设计工况点效率达到85.68％,满足设计要求,验证了该设计方法的可行性.该设计方法将有利于多级离心泵的节能,同时也为导叶开发提供了有益的参考.
【总页数】7页(P853-858,894)
【作者】袁丹青;韩泳涛;丛小青;石荣
【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】S277.9
【相关文献】
1.深井离心泵新型空间导叶设计及优化 [J], 袁丹青;石荣;韩泳涛;陆伟刚
2.多级离心泵级间导叶性能优化 [J], 周邵萍;胡良波;张浩
3.高压多级离心泵导叶的优化及分析 [J], 周文祥;李春宁;吴林虎
4.基于CFD的空间导叶内部流场分析及优化设计 [J], 张人会;郭荣;杨军虎;李仁年
5.水轮机模式液力透平新型空间导叶的设计和性能分析 [J], 蒋雨煊;雷华宇
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离心泵叶轮轴面图的优化设计
进行正交试验直观分析计算时，首先计算各因 素的水平总值。将第 i 列所安排因素的第 j 个水平
总值记为Tij 其值等于该因素在第 j 个水平所做的试
验（计算）结果之和。 例如第 1 个因素（R1)
第1 个水平总值为 T11 y1 y2 y3 y4 第2 个水平总值为 T12 y5 y6 y7 y8 第3 个水平总值为 T13 y9 y10 y11 y12 第4 个水平总值为 T14 y13 y14 y15 y16
素确定为 R1 、 R2 、 R3 、1 。
2.3 确定因素水平 因素所处的状态称为因素水平。因素水平的确
定往往受到一定的限制，相当于非线性规划中设计 变量的约素束条件，如:
前盖板型线小圆弧段BC 的半径 R1 的最小值受 叶轮铸造工艺的限制，通常 R1min 5 mm；而 R1 的最大值 R1max 0.5(D2 D j ) L2 。
Fpi f (Li ) 17.91Li 1661
离心泵叶轮轴面图的优化设计
于是可按式(4)确定评价指标 y F ,并设定
表 1 L16 (45) 正交试验直观分析计算表
试验号
因素1 R1 （mm）
因素2 R2 （mm）
因素3 R3 （mm）
因素4 L2 （mm）
因素5 α1 （°）
评价指标 y
前盖板型线中出口直线段DE与大圆弧段 CD
交点处至叶轮出口直径的距离 L2 的最小值取有实 际意义的 L2min 5 mm,其最大值应为
L2max 0.5(D2 D j ) R1
前盖板型线中出口直线段DE 与纵坐标的夹角
1 通常在 5°～8°范围，因此可得 1min 5 和 1max 8 。
满足精度要求,可终止计算。此时对应于该 y 值的
离心泵的设计与选型
离心泵的设计与选型1.引言1.1 概述离心泵是一种广泛应用于各个领域的流体传输设备，其工作原理是利用叶轮的旋转运动将液体带入泵体，并通过离心力将液体从泵体的中心推到出口，从而实现流体的输送。
离心泵具有结构简单、运行稳定、流量大、压力高等特点，已广泛应用于工业领域的冷却水循环、供水系统、石油化工、农业灌溉等领域。
在设计离心泵时，需要考虑一系列要点。
首先，泵的结构设计应合理，包括叶轮、泵体、轴承等部分的选择和设计，以确保泵能够正常运行并具有较长的使用寿命。
其次，泵的性能参数，如流量、扬程、效率等，应满足实际应用的需求。
同时，还需要考虑泵的工作环境和工作介质的特性，选择适合的材料和密封方式，以确保泵的运行安全可靠。
此外，对于大型离心泵，还需要考虑泵的运行成本和能耗情况，进行经济性分析，从而选型合适的离心泵。
综上所述，离心泵的设计与选型是一个综合性的工作，需要考虑多个因素的综合影响。
设计人员应充分了解离心泵的基本原理和设计要点，结合实际应用需求，合理选型，并根据具体情况提出设计与选型建议，以提高离心泵的工作效率和可靠性。
文章结构部分的内容可以是对整篇文章的组织和布局进行介绍，以引导读者了解文章的结构和内容安排。
可以按照以下方式编写文章1.2文章结构的内容：文章结构：本文将按照以下结构进行论述和分析离心泵的设计与选型：1. 引言：首先，我们将对离心泵的概述进行介绍，包括离心泵的定义和应用领域。
接着，我们将说明本文的目的，即为读者提供关于离心泵设计与选型的详细指导。
2. 正文：在正文部分，我们将详细阐述离心泵的基本原理，包括其工作原理和结构特点。
同时，我们还将重点讨论离心泵的设计要点，涵盖了功率计算、叶轮设计、进出口截面积的确定等关键问题。
通过深入分析这些要点，读者能够更好地理解离心泵的设计与选型过程。
3. 结论：最后，我们将总结本文的主要内容和结论。
在总结部分，我们将回顾离心泵的基本原理和设计要点，并给出相应的设计与选型建议。
基于离心泵参数优化设计及分析
基于离心泵参数优化设计及分析为了解决离心泵扬程短、功率小的问题，文章对离心泵的参数进行了优化分析，其中包括：离心叶轮CAD参数优化设计、内流参数优化设计以及响应曲面参数优化设计。
优化设计为得到高性能运行稳定的离心泵研发提供了保证，也将会创造不可估计的社会效益和经济效益。
标签：离心泵；优化设计；水断面；流体半径引言原有离心泵在设计结构上存有一定的缺陷因素，无论是在扬程方面还是在电机运行功率方面都难以达到实际要求。
而现有模式中通过对离心泵参数的优化设计，不但解决了扬程短、功率小的缺陷，而且在离心泵叶轮设计结构上也有了一定的突破，提高了设备的运行效率。
1 离心泵叶片设计优化近年来，国内针对离心泵叶片设计的研究有了一定的突破，其中针对叶片安放角、叶片数量以及叶片出口宽度等进行了优化设计分析，叶片安放角指的是叶轮叶片进口与出口之间的夹角，若出口与进口的夹角越大，运行时产生的流体压强便越大；设计优化过程中对叶片安放角采用极限最大值算法，数值取无穷大时，该极限值会趋于0；取0时，该极限值会趋于无穷大；取定某一值时，便会趋于一个特定的数值，该数值便为叶片安放角的角度，即。
叶片数的优化设计需要根据叶轮的半径进行制定，假设在模拟过程中，设定叶轮半径维数变量为n，则在优化设计过程中需要进行2n次的流场计算，才能得到较为合理的叶数值。
针对叶片出口宽度方面的优化设计，叶片宽度根据叶片包角和叶片数量进行选定，设定叶片的包角为&、比转数为ns、z为叶片数，一般包角&的取值在90-120°，比转数固定，根据参数代换便可求出叶片出口宽度。
这种方案在现如今离心泵优化设计中较为普遍，并取得了较好的试验成果。
2 离心泵参数优化设计2.1 离心叶轮CAD参数优化设计离心叶轮CAD设计采用的是三维模式，但是由于传统设定的设计参数较为复杂，所以给叶轮流动结构的设计加大了难度。
如图1所示，在叶轮流体半径设计中，通过改变外侧半径Rc以及流道中线的长度增大离心叶轮过水断面的面积F，但是随着长度L的增加，该面积便会趋于一定峰值。
离心泵 - 设计和应用
离心泵- 设计和应用1. 引言1.1 概述离心泵是一种常见的流体机械设备，广泛应用于各个领域。
它通过离心力将液体从一个区域转移到另一个区域，具有高效、可靠和持久的特点。
本文旨在探讨离心泵的设计和应用，并介绍其优化方法与挑战。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先是引言部分，对文章进行概述并介绍整体结构。
然后是离心泵的设计部分，包括工作原理、结构和组成部件以及流体力学参数和性能要求等内容。
接下来是离心泵的应用领域部分，涵盖水处理行业、石油化工行业和农业灌溉系统等方面。
然后是离心泵设计的优化方法与挑战部分，包括流体力学分析与模拟技术应用、材料选择与磨损问题以及节能与环保要求的考虑等内容。
最后，在结论部分总结主要观点和发现，并对未来离心泵设计和应用进行展望。
1.3 目的本文旨在全面了解离心泵的设计原理与应用领域，并探讨离心泵设计的优化方法与挑战。
通过本文的研究，可以加深对离心泵技术的认识，为相关领域的工程师和研究人员提供有价值的参考和指导。
同时，本文也可以促进离心泵设计和应用技术在未来的发展与创新。
2. 离心泵的设计:2.1 工作原理:离心泵是一种常见且广泛应用于各行业的动力驱动机械设备。
它通过转子叶轮的旋转产生离心力，从而将液体吸入并通过管道输送到目标位置。
它的工作原理基于离心力和产生动能转换为压力能，使得流体能够被顺利抽取和输送。
2.2 结构和组成部件:离心泵通常由以下几个组成部件构成：- 泵壳: 也称为蜗壳，是整个离心泵的外壳，用于安装和支撑其他组件。
- 叶轮: 叶轮位于泵壳内部，由多个叶片组成，可以通过电机或引擎等驱动装置旋转。
它承担了液体吸入和驱动液体流向出口的任务。
- 泵轴：位于叶轮中央，连接叶轮和驱动装置。
- 轴承：位于泵壳内部支持并定位泵轴。
- 密封装置：用于确保离心泵内部不会有漏出或渗漏现象发生。
2.3 流体力学参数和性能要求:离心泵的设计需要考虑以下流体力学参数和性能要求：- 流量：指单位时间内通过离心泵的液体体积。
基于CFturbo的离心泵设计专题资料(二)
6.低比转速离心泵叶轮内固液两相流的数值分析.pdf 为了分析离心叶轮内固液流动特性,采用Mixture多相流模型,扩展的标准κ ε 湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件Fluent对低比转速离心泵叶轮 内固液两相湍流进行了数值模拟.分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓 度分布规律.当颗粒直径较小和泥沙浓度较低时,固粒在叶轮出口附近会出现 向叶轮背面迁移的趋势;但在离心泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要 集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度.数值结果表明,在相
心泵知识库：
1.小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析.pdf 针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质, 采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的
流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小
对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布 的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴
Workbench软件对离心泵叶轮转子进行模态分析,得到四阶固有频率和振型;加
载径向力载荷后,不同流量下叶轮转子产生形变,其中0流量和0.4 Q0流量时泵 密封环处形变量超出密封间隙设计值,为泵的密封环间隙的设计和修改提供了
参考依据.
5.离心泵流噪声实验研究.pdf 搭建了离心泵流噪声测试系统，并对离心泵的流噪声进行实验研究。利用水 听器测量了原型叶轮和四种改型叶轮在不同转速下的流噪声，发现水 泵流噪 声随着转速的增加而增加，随轮舌间隙的减小而增加。实验结果还表明，水 泵下游的流噪声声压级要高于上游。观察水泵两端声压级差随转速以 及叶轮 半径的变化关系，并探讨其产生的原因。
离心泵叶轮的参数化设计
Ｐａ ａ ｅ ｒｃ ｄ ｓｇ ｆ ｃ ｎ ｒ ｆ ｇ ｌｐ ｍ ｐ ｉ ｐ ｌ ｒ ｒ ｍ ｔ ｉ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉｕ ａ ｕ ｍ ｅ ｌ ｓ ｅ
Ｚ ａ ｇ Ｒｅ ｈ ｉ ｈ ｎ ｉ ｈ ｎ ｎ ｕ ，Ｚ ｅ ｇ Ｋａ ， 几 ｕ ｈ ，Ｌ ｎ ｎ ｇＪ ｎ ｕ ｉ Ｒｅ ｎ ａ
ｒ ｎ ｉｌｅ ｕ ｔｏ ｓｍｅ ｈ ｄ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｏ ｔｏ ｈｅ ｇ ｏ ｔ ｈ ｐ ｆｃ ｎ ｒｆ ｇ ｌｉ ｅ ｌｒ ａ ａ ｔｉ ａｌ ｅ ｔ ｑ ａｉ ｎ ｔ ｏ ｓｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｅ ｍｅｒ ｓ ａ ｅ ｏ ｅ ｔｉｕ ａ ｍｐ ｌ ｓｐ ｒ ｍｅｒｃ ｌｙ， ａ ｙ ｅ
在 离心 泵 的传 统 设 计 方 法 中 ， 计 人 员 的 经 验 设
对 泵产 品 的设计 质量 有 很 大 的影 响 ， 优 秀 的水 力 且 模 型需 要较 长 的设 计 周 期 ， 化 设 计 难 以进 行 ． 优 这 是 由于泵 的水 力性 能 与其 复 杂 的 内流 道 形 状 之 间 复 杂 的隐式关 系所 致 ， 问题 在 形状 优 化 领 域 被称 该 为 具有 流动 约束 的功 能 曲面 的形 状 优 化 问题 ， 是 也
ａｅｃｎｔ ｔ ｎ ｅｒｓｏ ｓ ｓｒ ｃ ｅ ｏｏｏｙ （ Ｓ ）ｗ ｓａ ｐｉ ｐｉ ｚ ｅｄ ｓ ｎｏ ｅ ． ｒ ｏ ｓ ｎ ｄｔ ｅｐ ｎｅ ｕ ａｅｍ ｔ ｄ ｌ ａ ａ ｈ ｆ ｈ ｇ ＲＭ ａ ｐ ｌ ｄｔ ｏｔ ｅｔ ｅｉ ｆ ｎ ｅ ｏ ｍｉ ｈ ｇ ｃ
ｐ ｍｐ ｉ ｅｌｒ ｕ ｍｐ ｌｅ ｓ，ｓ ｃ ｓｔ ｕ ｈ ａ ｈｅ ＮＵＲＢＳ ｓ ｒａ ｅ ｍｅｈｏ ｕ ｃ ｔ ｄ，ｆｅ —ｕ ａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｌｄ ｆ ｆ ｒ ｅ ｓ ｒ ｃ ｅｏ ｍａｉｎ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｐ ｒｉ ｉ－ ｆ ａ
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基于离心泵参数优化设计及分析
离心泵是一种重要的流体机械设备，广泛应用于工业领域。
离心泵参数的优化设计和分析是提高离心泵性能和效率的重要途径。
本文将从离心泵的参数优化设计和分析两个方面来详细阐述。
一、离心泵参数优化设计
离心泵参数优化设计是指在满足一定流量和扬程要求的基础上，通过改变离心泵的几何尺寸、叶轮参数和叶轮几何形状等来达到提高泵效的目的。
具体的优化设计步骤如下：
1、确定设计要求和基本参数
首先需要确定离心泵的设计流量、扬程和转速等基本参数，并考虑离心泵的使用环境、工作介质等要素，确定离心泵的设计要求。
2、分析流场和叶轮叶片的工作状态
通过数值模拟或实验记录离心泵在不同转速下的流场变化，分析叶轮叶片的工作状态。
根据分析结果，确定离心泵的基本结构及叶轮形状等参数。
3、确定叶轮的几何尺寸和要素
根据叶轮的工作状态和流场分析结果，确定叶轮的几何尺寸和要素，包括叶片数目、叶片倾斜角度、面积、进口和出口直径等。
4、进行叶轮优化设计
根据叶轮的几何尺寸和要素，进行叶轮的优化设计，改进离心泵的水力性能和效率。
5、进行制造、组装和试验
完成离心泵的制造、组装和试验，并进行性能测试，评估离心泵的实际效果。
二、离心泵参数分析
离心泵参数分析是通过对离心泵的流道参数、叶轮参数、出口压力等参数进行分析，揭示离心泵性能和效率的原理和规律。
具体的参数分析内容如下：
1、分析流道参数
对流道的进口形状、出口形状、弯管半径等参数进行分析，以确定流道参数对离心泵性能的影响。
2、分析叶轮参数
对叶轮叶片倾斜角度、叶轮面积、叶轮转速等参数进行分析，以确定叶轮参数对离心泵性能的影响。
3、分析出口压力
对离心泵出口压力进行分析，以确定出口压力对离心泵性能和效率的影响。
4、分析效率曲线
通过计算得出离心泵的效率曲线，以研究离心泵在不同扬程下的分析效率变化规律。
综上所述，离心泵参数优化设计和分析都是提高离心泵性能和效率的关键。
合理优化离心泵的参数，提高其性能和效率，有利于促进工业领域的发展。