离心泵叶轮内部流场CFD分析
离心泵叶轮内的网格生成与计算流体力学分析
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计方法, 极大地缩短离心泵的开发周期, 显著地提高离 心泵的设计质量。
本文采用 S IM PL EC 算法在建立压力- 速度代数 校正方程时考虑了相邻节点的影响。实际计算时为保证
速度场和压力场的耦合并防止出现压力锯齿波现象, 采 用了交错网格。离散时用二阶中心差分离散扩散项和源
项, 用混合差分离散对流项。用交替方向隐式法 (AD I) 求解离散后的线性方程组。
2. 3 边界条件 1) 进口条件 在计算域的进口处, 给定各方向的
第 5 期
刘胜柱等: 离心泵叶轮内的网格生成与计算流体力学分析
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通过对原型叶轮的 CFD 分析, 发现原型叶轮出口 处工作面和吸力面中间的翼型厚度之间的出流角与其 他范围出流角明显不同, 在该范围内容易产生撞击和水 流的紊乱, 说明叶轮翼型出口厚度太大。 在叶轮进水边 翼型改型的基础上, 再进行叶轮翼型出口边修型。 图 5
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。
水泵水轮机的流场模拟及性能分析
水泵水轮机的流场模拟及性能分析水泵水轮机是利用水流对水轮机叶片的推力来转动轴的设备，也是水力发电站中一个重要的组成部分。
随着数值模拟技术和计算机处理能力的提高，目前越来越多的工程领域在设计开发过程中采用了计算流体力学（CFD）技术来对流场进行模拟和分析。
本文将介绍水泵水轮机的流场模拟及性能分析，希望有助于读者对该领域有进一步的了解。
1. 水泵水轮机的基本原理水泵水轮机是由水轮机和水泵两个组成部分组合而成的设备。
水轮机是将水的动能转换为机械能的设备，可用于发电或提供动力。
水泵则是将机械能转化为水的动能，将水从低处输送到高处。
水泵水轮机在水力发电站中的作用是将水的能量转换为机械能，以驱动发电机发电。
2. 水泵水轮机的流场模拟在水泵水轮机的设计过程中，优化流场是一个很关键的环节。
借助CFD技术，可以模拟水泵水轮机在不同工况下的流场特征和流量分布等参数。
这些模拟结果可以用来指导设计优化和性能预测。
2.1 模拟方法通常，水泵水轮机模拟采用的方法是数值模拟。
数值模拟分为两个主要步骤：离散化和求解。
离散化是指将连续的流场离散化为小的单元，将研究对象看作由许多小的单元组成的整体。
而求解则是在每个单元中求解出湍流流动中的方程组，最终得到整个流场的性质。
2.2 模拟结果通过模拟，可以得到水泵水轮机的流量、速度、压力分布以及水力损失等参数。
这些参数是优化设计和性能预测所必需的，可以用来评估水泵水轮机的性能，指导后续改进。
3. 水泵水轮机的性能分析水泵水轮机的性能是指它在不同条件下的输出功率和效率等参数。
通过实验和数值模拟可以得到水泵水轮机的性能参数，评估其性能并改进其设计。
3.1 性能参数水泵水轮机的性能参数包括流量、扬程、效率、功率等。
流量是指单位时间内通过水泵水轮机的水量，扬程则是从低处输送至高处时，在水泵水轮机内产生的流动压力差。
而效率则是将水的能量转化为机械能的比例。
3.2 性能分析性能分析通常是通过实验和数值模拟方法来进行的。
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:
CFD的水泵数值分析
１ ８１ ６ ７ ４ — ７ ６ ０． １ ２ ９ ５ ２ ３ ４ ０ ４ ３９ ６ ５ ４ ４ １ ２ ２ ３ ２ ０ ７ ３ ２ ５ ７ ８
不能按 理想 流体 对待 ，必 须按 湍流 处理 。根 据发 动机 水 泵 的 实 际工 作环 境 ，冷 却 液 为 ５％ 水与 ５ ％ 乙二 ０ ０
一
个 静压 不 断增大 的过 程 。冷却 水进 入泵 体后 ，通 过
扩散 逐步 把动 能转 化 为压 能 。由于粘 性流 体和 惯性 力 的作用 ，随着 半 径增 大 ，压 力逐 渐增 大 。
图 ３ 水 泵 流 体 域 模 型
１３ 计算方法与边界条件 ．
在 水 泵 Ｃ Ｄ 分 析 中， 主 要 采 用 ＭＲ （ ｖｎ Ｆ Ｆ ｍｏ ｉ ｇ
图 ７所 示 。 由图 ６和 图 ７可 见 ，工 作 面和 工作 背 面 的
压 力分布 基本 呈现 周 期性 。从 叶 片进 口边 到 出 口边 高 压 力区逐 渐减 小 ，与 工作 面相 比，背面 的静 压 力 比工 作面 小 ，其 原 因主要 是轴 向旋 涡 的作用 。
醇 的混 合物 ，取 其在 １ ５℃ 和 １ Ｏｋ ａ 件 下 的物 性 ０ ８ Ｐ 条 参数 ；冷 却液 在发 动机 水泵 内的流动 视 为稳态 和绝 热 的不 可压 缩湍流 。
总压力／ａ Ｐ
图 ４ 水 泵 压 力 图
计算 采用 ｓｇｅａ ｄ方 法 ，湍流 模 型 为 Ｒ ＮＳ算 ｅｒｇｔ ｅ Ａ 法 中的 ｒａｚｂｅ ｅｌ ａｌ ｉ 湍流 模型 ，模 型 中的系数 均采用 默认 值 。 临近壁 面 的区域 采 用 ｈｇ ＋壁 函 数 处理 ， ｉｈｖ 固壁 面采 用 无 滑 移 边 界 条 件 。在 差 分 格 式 中，压 力 项采 用 标 准 格 式 ，速 度 、湍 动 能 和 湍 流 粘 性 系 数 均 采 用 二 阶迎 风 格 式 ，压 力 与 速 度 之 间 的耦 合 算 法 为 ＳＭＰＥ Ｉ Ｉ，求 解 过程 中各松 弛 因子 为 ：压 力项 ０３ ．，速 度 项 ０７ ．，湍 动 能项和 湍流 粘性 系 数项 ０５ ．，湍流 耗散
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
一、课题背景
液固两相流离心泵是一种广泛应用于化工、轻工、环保等领域的设备，其主要功能是将高纯度、低浓度的悬浮固体物料输送至目标容器中。
离心泵作为一种传动压力更大，精度更高的设备，广泛应用于化工生产过程的悬浮液、乳化液、填料液、废水等的管道式输送。
而开展基于数值模拟技术的固液两相流动研究，对于提高离心泵的性能和对机理的深入认识具有重要的意义。
二、研究目的
本次研究旨在通过对离心泵内部流场进行数值模拟，分析悬浮物料在叶轮内的运动规律，探究流场特性对离心泵性能的影响因素及其内在机理，在提高悬浮物料输送效率和泵的稳定性等方面进行探究。
三、研究内容
1.建立固液两相流离心泵的数学模型，探究泵的叶轮、前后盖板、泵壳等部位的紊流特性以及固相颗粒在泵内水动力场中的运动轨迹和浓度分布规律；
2.采用计算流体力学（CFD）方法对离心泵内部流场进行数值模拟，分析和对比不同工况下流场的变化规律，揭示流场特性对泵的性能的影响因素及机理；
3.结合实验数据，对模拟结果进行验证，评估离心泵的性能，提出提高泵性能的方案和措施。
四、研究意义
1.深入了解离心泵内部流场特性和固相颗粒在流场中的运动规律，从理论上认识固液两相流动和输送机制，为优化设备的基础研发提供理论依据；
2.科学分析和评估离心泵性能的变化规律，为工程实际应用提供参考，优化设计和工艺参数；
3.扩展离心泵的应用领域，为提高化工、环保等领域固液分离和传输效率提供帮助。
农用离心泵内二维流场的CFD模拟
３ 设置边界条件和计算模型
黑龙 江农业科学 ２ ０ １ ３ （ １ ０ ） ： １ １ ９ ～１ ２ １
Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
农 用 离 心 泵 内二 维 流 场 的 Ｃ Ｆ Ｄ模 拟
郭仁宁， 郭 莹莹 ， 李 向龙
（ 辽 宁 工程技 术 大 学 机 械 工程 学 院 ， 辽宁 阜新 １ ２ ３ ０ ０ ０ ）
摘要： 基于 Ｃ Ｆ Ｄ模 拟技 术 ， 采 用 滑 动 网格 模 型 对 离心 泵 内流 场 进 行 了 ２ 一 Ｄ 求解 ， 得 出 了 离 心 泵 内 的 速 度 分 布
图、 速 度 矢 量 图 以及 不 同 时刻 的 总 压 力 图 。结 果 表 明 ： 离心 泵 内部 流 动 非 常 复 杂 ， 叶 轮 内各 流 道 压 力 分 布 、 流
体从 叶 轮 中间 的圆 形 Ｖ Ｉ 进 入 叶轮 ， 经 过 叶 片 的 旋 转 获得 能量 ， 最 终 从 蜗 壳 的 出 口流 出。 已知 叶 轮
有 ５个 叶 片 ， 入 口、 出 口半 径 分 别 为 １ ０ ５ 和
１ ６ ５ ｍｍ ， 叶 轮 入 口流 速 为 ２ ｍ・ ｓ， 叶 轮 的 旋 转 速 度为 １ ２ ０ ０ ｒ ・ ｍｉ ｎ ～。
中图分类号 ： Ｓ ２ １ ０ ． ６ ； Ｓ １ ２ ６
文献标 识码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ － ２ ７ ６ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ １ １ ９ — ０ ３
离 心泵 具 有效 率较 高 、 重量 轻 、 流量 和扬 程适 中、 结 构简 单 、 性能 平稳 以及 容 易操 作 和维 修等 优 点， 在 农 业 排灌 、 农 村 饮水 工 程 、 农村沼气工程 中 得 到广 泛应 用口 ］ 。以前 对离 心泵 的研 究 是 以经 验 为 基础 进行 大 量 的 反 复试 验 ， 最 终 通 过 对 比得 出 最 佳设 计方 案 ， 这个 过 程就 需要 大 量 的工作 人员 、 时 间 和费用 。近 十 几 年 来 ， 随 着 科 学 技 术 和 计 算 机 技术 的飞速 发 展 ， 数 值 模 拟 已经 在 离 心 泵 内流 体 流动 分 析 中得 到 了广 泛 的 应 用 。Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 拥 有 强 大 的 计算 流 体 功 能 ， 是 目前 比较 流 行 的 国 际 商 用Ｃ Ｆ Ｄ软 件 包 ＿ ３ ］ ， 用 于 模 拟 任 意 复 杂 几 何 形状 中的各 种流 体 现象 。它 对离 心泵 内流体 流 动情 况 的模 拟 都非 常 准 确 ， 跟 传 统 的离 心 泵设 计 相 比具 有 明显 的优 越 性 ］ 。 因此 用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软 件 对 离 心 泵进 行 辅助 设计 成 为一 种可 靠 的方 法 。 该 文 以农用 离 心泵 为研 究 对 象 ， 采用 Ｇａ ｍｂ ｉ ｔ 软件 建 立离 心 泵 的模 型并 对 其 划 分 网格 ， 然后 用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 对 离心 泵 内部 流 场 进 行 模 拟 ， 并 得 出 相 应 的速 度 分 布 图 、 速 度 矢 量 图 以及 不 同 时刻 的 总压 力 图 ， 对 各 流道 的压 力分 布 、 流 速和 流量 进行 比较 分 析 ， 最 终 得 出结论 。
离心风机CFD模拟及改进
2005 Fluent 中国用户大会论文集由于CFD计算可以相对准确地给出流体流动的细节,如速度场、压力场、温度场等特性,因而不仅可以准确预测流体产品的整体性能,而且很容易从对流场的分析中发现产品和工程设计中的问题,所以在国外已经逐步得到广泛的应用。
另外,跨学科组合优化设计方法也已经成为复杂叶轮产品的设计平台。
如今,CFD技术运用于风机的实例在我国已不少见,但由于计算机计算能力的限制,模型过于简单。
如单独一个离心叶轮的流道或单独算一个蜗壳;或运用一个流道与蜗壳迭代计算的方法研究风机内部流动,上述模型均忽略了由于蜗壳型线的非对称而导致叶轮各叶道流动呈现的非对称流动特征,而且从离心风机通道内流场分析来看,各部件间的相互影响很严重,所以,必须充分考虑它们之间的相互影响,不能孤立地分别研究[2]。
本文应用Fluent流动分析软件,计算某型号离心通风机全流场,详细得到通风机内部流场流动情况,并根据气动流场,对叶轮前盘形状和蜗壳出口部位等进行优化设计,同时,运用多学科优化平台软件OPTIMUS集成流体计算软件FLUENT,优化计算通风机进口型线,比较集成优化型线与单独用Fluent反复计算的结果,两者基本接近,说明集成优化是可信的。
将流动区域分为三部分:通风机进口部分、叶轮和蜗壳。
进口部分和蜗壳是静止元件,叶轮转动,采用gambit进行参数化建模。
整个通风机的网格数为80 万,网格采用四面体和六面体混合的非结构网格技术。
气体在通风机内流动时,它的气动性能在很大程度上由它本身的造型决定。
由于流道形状、哥氏力和粘性力的影响,通风机内的气体流动十分复杂。
一般认为气流在叶轮内的相对运动和在静止元件内的绝对运动为定常流,而且通风机内的气体压强变化不大,可忽略气体的压缩性。
因此,通风机内的流动是三维、定常、不可压缩流动。
求解相对稳定的、三维不可压缩雷诺平均N-S方程,湍流模型采用标准的εκ?两方程模型,采用一阶迎风格式离散方程,用SIMPLE方法求解控制方程。