轴流泵装置三维非定常湍流流场的数值模拟

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大型泵站流道设计论文三维湍流数值模拟应用论文

大型泵站流道设计论文三维湍流数值模拟应用论文【摘要】大型的竖井贯流泵站进、出水流道设计始终是一工程难题，其合理的断面不断可以减少水力损失，还可以使流道内的水流流线平顺，无明显回流、漩涡，流态良好。

一、概述某大型泵站为单向排涝泵站，泵站总设计流量为120m3/s，拟装设2800ZGB24-2.5（叶轮直径D=2800mm，额定转速128.6r/min）竖井贯流泵5台，单泵设计流量为24 m3/s。

该泵站特征水位和扬程如：二、进水流道设计要求由于该泵站设计流量特别大，运行水位较低，扬程小，根据国内特低扬程大型泵站布置实例，目前采用比较多的形式为轴伸贯流式、灯泡贯流式和竖井贯流式，特低扬程大型泵站流量大、装置扬程低，进、出水流道损失对装置效率影响很大，其中卧式贯流泵装置水流无立向转弯、异形收缩扩散，理论上水力性能好，较适用于特低扬程泵站。

其中竖井贯流泵站因竖井为开敞式，通风、防潮条件良好，运行和维护方便，机组结构相对简单，装置效率较高等特点，近年来正逐步在国内特低扬程的大型泵站中得到应用，因此湛江市鉴江供水枢纽工程大岸泵站采用竖井贯流泵，竖井贯流泵由竖井进水流道、水泵段和出水流道组成，进水流道包括进口段、竖井段和水泵入口段组成（如图所示），对进水流道基本要求是流道断面流速分布均匀、速度环量为零，流道内无回流及有害漩涡，避免产生震动、噪音等。

进水流道设计是否合理直接影响水泵装置的安全和经济。

因而竖井贯流泵站的设计对进、出水流道的设计要求较高，但目前已建成国内同类型的泵站较少，现有可参照的设计成果少，设计可进行流道数值模拟设计或装置模型试验。

其中三维湍流数值模拟能合理确定流道控制尺寸和型线特征，避免不良流态产生。

三、进水流道三维湍流数值模拟三维湍流数值模拟的计算物理模型建构包括：竖井进水流道的进口段、竖井段和水泵入口段。

在模型构建前需合理给定进、出口边界条件，然后利用Pro/E构建三维物理模型，再将三维模型导入ICEM 中进行网格剖分，再利用流体动力学通用计算软件Fluent6.2.2对不同的工况进行三维湍流数值模拟，根据模拟结果分析流态和水力损失。

高速泵内三维非定常湍流激振计算

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2003年第43卷第10期2003,V o l .43,N o .1035 37142821431高速泵内三维非定常湍流激振计算徐朝晖1,　吴玉林1,　陈乃祥1,　刘　宇1,　张　梁1,　吴玉珍2(1.清华大学热能工程系,北京100084;2.航天科技集团公司第十一研究所,北京100079)收稿日期:2002209224基金项目:国家自然科学基金资助项目(50179018)作者简介:徐朝晖(19672),男(汉),江苏,博士研究生。

通讯联系人:吴玉林,教授,E 2m ail :yulinw u @163bj.com 摘　要:针对某一高速泵系统的诱导轮叶片在实际运行时出现裂纹断裂现象,利用三维N avier 2Stokes 方程和RN G 湍流模型,并在转动部件与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对高速泵内多级动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了诱导轮内部流体压力脉动的主要特征。

计算结果表明,诱导轮全流道内流体压力脉动的频率成分一致,在某一转速范围内出现与叶片固有频率接近的频率成分,它是造成诱导轮叶片出现裂纹的主要原因。

说明利用滑移网格技术及RN G 湍流模型,可以模拟三维非定常湍流的激振问题。

关键词:泵;三维非定常湍流;动静干扰;叶片裂纹中图分类号:TH 3文献标识码:A文章编号:100020054(2003)1021428204I m pact of three -d i m en siona l un steady turbulence f low i n h igh -speed pu m psXU Zha ohui 1,W U Yulin 1,CHEN Na ixia ng 1,L I U Yu 1,ZHANG L ia ng 1,W U Yuzhen 2(1.D epart men t of Thermal Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na ;2.The No .11I n stitute of Chi na Aerospace and Technology Corporation ,Be ij i ng 100079,Chi na )Abstract :C racks in high 2speed pump blades w ere though t to be due to p ressure fluctuati on in the turbulent flow.T herefo re,turbulence flowina pump w as analyzedusingthethree 2di m ensi onalN avier 2Stokes equati ons and the RN G k 2Εmodel w ith a sliding interface betw een the ro to r and the stato r .Significant p ressurefluctuati ons w ere observed in the num erical results .T he resultsshow ed that the frequency of the p ressure fluctuati ons in the pumpco incided w ith ro tati onal speed of the pump.Furthermo re,thep ressure fluctuati on had a frequency component in a range si m ilar to the natural frequency of the pump blade .T herefo re,the cracks in the pump blades are though t to be caused by resonance of the fluid p ressure fluctuati on w ith the blade vibrati ons .In general,thei m pact of the th ree 2di m ensi onal turbulent flow on the pump blades can be calculated using the sliding interface and the RN G turbulent model .Key words :pump;th ree 2di m ensi onal unsteady turbulent flow ;ro to r 2stato r interacti on;crack s近几年来,国内外不仅对流体机械中动静干扰而造成的不稳定流作了大量的试验研究[1,2],还将二维数值模拟技术用于求解流体机械中的动静干扰问题[3]。

轴流泵流场数值模拟及优化设计研究

轴流泵流场数值模拟及优化设计研究轴流泵是一种常见的离心泵，广泛应用于工业、农业、民用等领域。

随着科技的不断进步，流场数值模拟技术得到了广泛的应用，可以在设计阶段就对轴流泵进行流场数值模拟，优化设计，提高轴流泵的效率和可靠性。

流场数值模拟的基本原理是通过数学模型和计算机模拟，模拟流体在轴流泵内部的流动情况。

在进行流场数值模拟前，需要先建立包括轴流泵体积、叶轮和流道等元素的三维模型。

然后，需要选择合适数学模型以描述流体在轴流泵内的流动。

当然，还需要进行网格划分，将轴流泵内部划分成无数的小单元，从而实现流体在空间内的无限分割。

最后，利用计算机求解数学模型，得到轴流泵内部的流场分布情况，实现优化设计。

目前，轴流泵的流场数值模拟主要采用的计算方法是有限元方法和有限体积法。

有限元方法强调的是通过离散化来建立轴流泵内部流场的数学模型，这种方法非常适合处理复杂的泵型结构，对计算的精度和计算时间都有一定的保证。

而有限体积法则是将轴流泵体积划分为小的控制体积，将运动物体体积积分过程转化为控制体积上的通量积分，从而将运动物体的微积分方程转化为普通方程，大大简化了问题，同时提高了计算效率。

在进行轴流泵的流场数值模拟时，需要特别注意以下几点：一、对轴流泵的每个元素进行较为准确的建模，包括叶轮、流道和各种管路;二、对流体在轴流泵内的流动进行模拟，包括速度、压力、湍流、稳态和非稳态等因素;三、进行合理的边界条件设定，如出口压力、进口流量等等。

通过流场数值模拟，可以对轴流泵的设计进行优化。

在模拟中，可以调整不同的设计参数，如叶片数目、叶片厚度、叶片攻角、流道倾斜度和进出口口径等，来找到最合适的设计方案。

此外，模拟的结果还可以为轴流泵的实际生产提供指导，如可以检测流量、速度和压力等参数是否达到预期要求，在实际生产过程中对轴流泵进行调整。

为了更好地使用流场数值模拟技术，需要加强计算机模拟软件的开发和改进，提高计算机软件和硬件的性能，同时也需要加强对流场数值模拟理论的深入研究，以获得更好的计算效果和优化设计结果。

轴流泵内部三维湍流场的数值模拟

第３２卷第２期
Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．２
西华大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ
２０１３年３月
ｓｉｇｎΒιβλιοθήκη Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｘｉａａｌｌｆｏｗｐｕｍｐ；ｉｎｔｅｎａｒｌｌｆｏｗｉｅｆｌｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
轴流泵在农田灌溉、城市供水、石油化工循环等方面有着广泛的应用Ｊ，因此也越来越重视轴流泵的研究。过去，内流场测试是研究泵内场的有效手段，随着测试技术的发展，已从孤立的点测试发展到应用ＰＩＶ技术进行面测试；但由于泵过流部件结构的复杂性和旋转流场的影响，给其内流场测试的部位和区域带来很大的限制，因此要详尽地对
Ｍａｒ．２０１３
・
能源与环境・
轴流泵内部三维湍流场的数值模拟
金汉林，刘小兵，欧顺冰
（西华大学能源与环境学院，四川成都６１００３９）
摘
要：基于流体动力学计算分析的ＦＬＵＥＮＴ软件，采用ＲＮＧｋ —ｓ湍流模型和ＳＩＭＰＬＥＣ算法，对轴流泵内部
ｄｏｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１５９Ｘ．２０１３．０２．０１０

轴流泵定常、非定常数值模拟

轴流泵定常、非定常数值模拟1网格划分1.1. 叶轮[1] 在NX中，【文件(F)】→【导出(E)】→STEP203，将水体转成.stp格式。

[2] 打开ICEM CFD，【File】→【Change working directory】，选择工作目录。

[3] 【File】→【Import Geometry】→【STEP/IGES】，导入几何体，【Apply】如图4-6-1。

图4-6-1 导入几何图4-6-2 划分part[4] 【Geometry】→【Repair Geometry】，，【Apply】。

若均为红线则实体拓扑结构完整。

[5] 为了便于后面的网格划分和后续的CFD设置，将叶轮水体的不同部位设为不同的“part”，如图4-6-2。

[6] 【Creat Body】，点击“2 screen location”后的鼠标箭头，在体上选择两点，要求这两点的连线都在体内，如图4-6-3。

点1点2单击图4-6-3 生成BODY[7] 【Mesh 】→【Global Mesh Setup】进行全局网格设置，“Scale factor”：1.0，“Max element”:10.0，【Apply】。

a·ii·b图4-6-4 全局网格设置[8] 【Mesh】→【Part Mesh Setup】，进行局部网格加密。

如图5，设置max size，CKB（出口边）：0.5，JKB（进口边）：0.5，KT（壳体）：4，LG（轮毂）：4，YLCK（叶轮出口截面）：4，YLJK（叶轮出口截面）：4，YP（叶片）：2。

图4-6-5 局部网格加密[9] 【Mesh】→【Compute Mesh】，【V olume Mesh】，“Mesh Type”：Tetra/Mixed，”Mesh Method”：Robust(Octree)，如图4-6-6a，【Compute】。

生成网格数：134万，如图4-6-6b。

潜水轴流泵全流道三维湍流数值模拟

连接的隐式修正ＳＭＰＥ算法，潜水轴流泵全流道进行了ＣＤ分析．出了流道内各速度矢ＩＬＣ对Ｆ得量、压力分布规律，并提出相应的改进建议．
关键词：潜水轴流泵；一紊流模型；Ｆ数值模拟是￡ＣＤ；
ＺＨＡＮＧｅＷｉ，ＹＡＮＧｕ — ｕ，ＭＡｅＪｎｈＬｉ
（．ｌｅｅｏＦｌｉｗｅｎｎｒｌａｚｏｉｅｓｔｃｅｃｎｃｎｌｇ１ＣｏｌｇｆｕｄＰｏｒａｄＣｏｔｏ，ＬｎｈｕＵｎｖｒｉｏＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，Ｌｎｈｕ７０５，Ｃｈｎ；ｙｆａｚｏ３００ｉａ
维普资讯
第１９卷第１期２００７年３月
甘肃科学学报
ＪＵＤｌｏＤＵＳｆｎｅＯＦａｆＧａＳｃｅｃｓ
Ｖｏ．９Ｉ１
Ｎｏ．１
Ｍａ．２０ｒ０７
潜水轴流泵全流道三维湍流数值模拟
２ＦｅｔｌｚｒＰｌｎ．ｒｉｉｅａｔ，ＰｅｒｅｍｔｏｕＣｈｉａＬａｎｏｕＰｅｒｃｅｉａｍｐａｙ，Ｌａｎｏ００ｎｚｈｔｏｈｍｃｌＣｏｎｚｈｕ７３６０，Ｃｈｎｉａ）
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｉｒｅｔｅｐｅｆｒｎｅｏｕｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｍｐｏｖｈｒｏｍａｃｆｓｂｍｅｓｂｌｉｌｆｏｗｍｐａｓｅｈｕｌｆｉｓｒｉｅａｘａｌｐｕｎｄｍａｔｒｔｅｒｅｏｔｉｓｄｌ，ｂｙｍｅｎｆｔｔｎｄｒｎｉｅｆｏｗａｓｏｈｅｓａａｄｋ— ｅｔｒｕｂｕｌｎｃｅｅｍｏｄｌｎｄＳＩＰＬＥＣｌｏｒｔｍ．ｆＣＤＦａａｙｉｓｅＭａａｇｉｈｌｎｌｓｓｗａｍａｅｏｈｕｌｆｏｐｓａｅｉｈｓｔｐｅｏｄｆｔｅｆｌｌｗａｓｇｎｔｉｙｆｐｕｍｐ．Ｔｈｅｔｒｆｖｌｃｔｎｄｔｅｒｌｆｄｓｒｂｕｉｎｏｅｖｃｏｓｏｅｏｉｙａｈｕｅｏｉｔｉｔｏｆｐｅｓｒｓｎｕｆｃｓｂａｅｎｄｕｄｂａｅｒｓｕｅｏｓｒａｅｏｆｌｄａｇｉｅｌｄｗｅｅｏｎｄ．Ｓｕｅｔｏｓｒｆｕｇｇｓｉｎｗｅｅｒｍａｅｏｍｅｉｒｔｉｓｄｔａｌｏａｅｔｐｒｏｍａｅ．ｅｆｒｎｃｓＫｅｒｓｙｗｏｄｓ：ｕｂｍｅｓｂｌｘａｌｗｍｐ；ｋ－ｕｒｌｎｅｍｏｄｌｒｉｅａｉｌｆｏｐｕ￣ｔｂｕｅｃｅ；ＣＦＤ；ｎｕｍｅｉａｉｒｃｌｓｍｕｌｔｏｎａｉ

轴流式水轮机三维非定常湍流计算及压力脉动预测

轴流式水轮机三维非定常湍流计算及压力脉动预测
吴墒锋;吴玉林;林琳;刘树红
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2006(27)6
【摘要】水轮机的稳定性研究是目前工程上大型水轮机组流动分析的重要课题,本文以某水电站的大型轴流转桨式水轮机原型为基础建立计算模型,完成了从蜗壳进口到尾水管出口整个流道的非定常湍流计算,预测了固定导叶进口、转轮后、尾水管进口等多个位置的压力脉动,并利用FFT变换进行分析得到了压力脉动的频率和幅值,探讨了水轮机全流道内压力脉动产生和传播的原理．
【总页数】3页(P956-958)
【关键词】轴流转桨式水轮机;三维湍流计算;非定常;压力脉动
【作者】吴墒锋;吴玉林;林琳;刘树红
【作者单位】清华大学热能工程系;福建省电力试验研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TK123
【相关文献】
1.三峡原型水轮机的非定常湍流计算和压力脉动分析 [J], 邵奇;杨建明;刘树红;吴玉林;戴江
2.三峡原型水轮机的非定常湍流计算和压力脉动分析 [J], 邵奇;杨建明;刘树红;吴玉林;戴江
3.三峡水轮机的三维非定常湍流计算和压力脉动分析 [J], 邵奇;刘树红;戴江
4.原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析 [J], 刘树红;邵奇;杨建明;吴玉林;戴江
5.三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析 [J], 刘树红;邵奇;杨建明;吴玉林;戴江
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020Q84喷水推进轴流泵内部三维流动的数值模拟

020Q84喷水推进轴流泵内部三维流动的数值模拟
韩小林;郑晶晶;石岩峰;周骏
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】2008(30)4
【摘要】轴流泵作为喷水推进器的核心部件具有推进效率高、抗空化能力强、噪声低等优点.运用计算流体动力学CFD软件—FLUENT基于标准κ-ε紊流模型及SIMPLE算法对020Q84喷水推进轴流泵内部流场及其运行特性进行了三维数值模拟.在设计点附近,计算结果与实验结果吻合良好.通过对该泵内部流动速度、压力分布的分析,揭示了其内部流动的主要特征,为CFD技术在喷水推进轴流泵设计及性能改进中的应用提供了参考.
【总页数】5页(P36-39)
【关键词】轴流泵;喷水推进器;FLUENT;数值模拟
【作者】韩小林;郑晶晶;石岩峰;周骏
【作者单位】总装备部车船装备论证试验研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U664.34
【相关文献】
1.喷水推进轴流泵的自动建模与数值模拟 [J], 韩小林;石岩峰;郑晶晶
2.用数值模拟研究转速变化对喷水推进轴流泵性能的影响 [J], 韩小林
3.对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析 [J], 王雪豹;潘中永;朱嘉炜
4.斜流式喷水推进器内部三维紊流流动的数值模拟与性能分析 [J], 王国玉;张美红;刘淑艳;张震;曹树良;张晓英
5.叶轮参数对020Q84喷水推进轴流泵性能的影响 [J], 韩小林;冯峰;石岩峰
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ｐｎａｋｎｉｔｃｎｉｒｔｎｈｐｆｕｐｗｓ００Ｉ５．６６Ｓｈｒｓｕｅｖｌｉａｓｓａｅｏｏｓｅａｉ．Ｔｅｙｅｏｍａ０Ｚ３５— ．Ｊ．Ｔｅｐｅｓｒ，ｅｃｙｗｔｎｄｏｔｐ４Ｑｏｔ
ｍｅｈｄａｄｓｉｉｇｍｅｈｔｃｎｑｅｗｅｅｕｅｏｎｍｅｉａｌｉｕａｅｔｅ３Ｄｕｂｌｎｏｆｔｅｆ１ｔｏｎｌｄｎｓｅｈｉｕｒｓｄｔｕｒｃｌｙｓｍｌｔｈｔｒｕｅｔｆｗｏｈｕ１ｌ
法和滑移网格技术，一个完整的转动周期中对４０ＺＱ３５—６６Ｓ型立式轴流泵全流道内在００Ｌ５．．Ｊ的三维湍流流场进行了数值模拟．出了在叶片角为０，给。设计流量工况为５．ｓ时叶轮进出３５ｍ／
一排灌机械工程学报
骥嗣黼ＪｕｎｌｆａｎｇｎｒｉａｉｎＭａｈｎｒｇｎｅｉｇ豳臻ｏｒａｉａｅａｄＩｒｇｔｏｃｉｅｙＥｎｉｅｒｎｏＤｒ
Ｉ
ｌｌ
轴流泵装置三维非定常湍流流场的数值模拟
ａｏｔｃｓｄｓｒｂｔｎｎｔｅｉｔｒｃｉｎｓｒａｅｗｅｅｇｖｎｕｄｒｔｏｄｔｏｈｔｂａｅａｇｅｗａｎｄｖｒｉｅｉｔｉｕｉｓｏｈｎｅａｔｏｕｃｒｉｅｎｅｈｅｃｎｉｉｎｓｔａｌｄｎｌｓｏｆｚｒｎｔｅｉｃａｇｗａ５ｅｏａｄｈｄｓｈｒｅｓ３．５ｎ／ｓＴｈｒｓｌｓｈｗｒｓｅｔｖｌｔｅａｉｔｏｏｏｆｅｄＩ．ｅｅｕｔｓｏｅｐｃｉｅｙｈｖｒａｉｎｆｆｗｉｌｌｃａａｔｒｓｉｓｉｈｍｐｌｒｎｕｌｆｏｐｓａｅｉｎｏａｉｇｃｃｅＮｕｒｃｌｓｍｕａｉｎｒｓｌｈｒｃｅｉｔｃｎｔｅｉｅｌ，ａｄｆｌｌｗａｓｇｎｏｅｒｔｔｎｙｌ．ｅｍｅｉａｉｌｔｏｅｕｔｓ
冯卫民，宋立，左磊，袁波
（汉大学水力祝艘过渡过程教育酃熏点支骏窄，湖此汉４０７）武３０２
摘
一
要：为了分析轴流泵内部流场的瞬时特性，结合非定常不可压牛顿流体的控制方程和ＲＧＮ双方程湍流模型，考虑各过流部件之间的相互干涉作用，Ｆｕｎ软件中应用ＳＭＬＣ算在ｌｅｔＩＰＥ
（ｙ［ｈｒｔｒｔＨｙｒｃａｉａａｓｅｔｏｎｓｒｆＥｄｃｔｎ，ＷｕａｉｅｓｔＫｅ，ｏａ（ｙｏｄｏＭｅｈｎｃｌｎｉｎｓｆＭｉｉｔｏｕａｉａ）ＴｒｙｏｈｎＵｎｖｒｉｙ
Ａｂｔａｔ：Ｉｒｅｏｎｌｚｎｒｆｏｓｒｃｎｏｄｒｔａａｙｅｉｎｅｗｔａｓｅｔｅｏｍａｃｏｎｘａｆｗｕｍｐ，ｂａｅｏｈｌｒｎｉｎｐｒｒｎｅｆａａｉｌｌｆｏｐｓｄｎｔｅ
３ｕｍｅｉａｉｕａｉｎｏｎｓｅｄｕｂｌｎｅｆｏｎＤｒｃｌｓｍｌｔｏｎｕｔａｙｔｒｕｅｃｗｌｉｘａｏｐｎａｉｌｆｗｕｍｐｓｓｅｌｙｔｍ
ＦｎｇＷｅｍｉｅｉｎ，ＳｎＬｉｏｇ，Ｚｕｅ，ＹａｏＬｉｕｎＢｏ
ｐｓａｅｉｅｃｌａｉｌｔｏｐａｓｇｎａｖ￣ｉａｘａｌｗｕｍｐｗｉｈｎａｃｍｐｅｅｒｔｔｎｙｌ．Ｔｈｎｅａｔｎｂｔｅａｓｆｏｔｉｏｌｔｏａｉｇｃｃｅｅｉｔｒｃｉｅｗｅｎｐｓ — ｗｏｌ
模拟方法，人们认识轴流泵流场流动与干涉机理的有效理论手段．是
关键词：流泵；湍流流场；值模拟；态特性预测；非定常轴数动中图分Байду номын сангаас类号：￥７．；３７５２７９０５．文献标志码：Ａ文章编号：１７６４—８３（００）６—０３ — ６５０２１０５１０
ｕｓｅｄｎｏｒｓｉｌｏｏｅｎｎｑｕｔｏｎｈＲＮＧ后一ｎｔａｙｉｃｍｐｅｓｂｅｆｗｇｖｒｉｇｅａｉｎｓａｄｔｅｌｔｒｕｅｃｍｏ１ｈｅＳＭＰＬｕｂｌｎｅｄｅ．ｔＩＥＣ
口干涉面的压力、速度与涡量云图，直观地显示了一个转动周期内叶轮干涉面的干涉情况．干对涉面物理量云图进行对比分析，出了轴流泵内部流场瞬时特性的数值模拟计算结果．得引入动态特性预测方法，瞬时计算结果时均化，动态特性预测结果与泵站的现场测试数据进行对比，对将证明了该数值模拟方法的可行性．这表明，算所采用的轴流泵装置非定常三维湍流流场的数值计