基于不同湍流模型的離心泵內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬與分析.pdf

1、離心泵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用，是一種重要的水力機(jī)械。進(jìn)行離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性的研究對(duì)于泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及改善泵的運(yùn)行特性具有重要影響。實(shí)現(xiàn)離心泵內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬，不僅具有理論意義，更具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。
　　 近年來(lái)，隨著計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從研究離心泵內(nèi)部流體流動(dòng)機(jī)理出發(fā)，使用數(shù)值仿真技術(shù)研究離心泵的內(nèi)部流動(dòng)，利用數(shù)值仿真的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)泵的設(shè)計(jì)己經(jīng)成為重要的研究方向。采用數(shù)值模擬手段，一方面可以節(jié)

2、省試驗(yàn)的資源，縮短新產(chǎn)品的研制時(shí)間；另一方面，它可以得到從試驗(yàn)中難以得出的流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)。并且，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度和內(nèi)存的飛速提高，更多的湍流模型和計(jì)算方法被應(yīng)用到離心泵的三維流動(dòng)計(jì)算中，使得離心泵內(nèi)三維湍流模型的數(shù)值計(jì)算不斷得以發(fā)展。然而通用的模型迄今還不存在，不同的情況需要不同的湍流模型。選取合適準(zhǔn)確的湍流模型，不僅對(duì)計(jì)算精度的影響很大，而且對(duì)計(jì)算的難易程度影響很大，要得到與實(shí)際情況相符合的模型還有待于進(jìn)一步探討和研究。
　　

3、 本文以IS150-125-250型中比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵作為研究對(duì)象，分別將標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，RNGk-ε模型，剪切壓力傳輸SSTk-ω模型以及標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型四種不同的湍流模型應(yīng)用于離心泵葉輪內(nèi)的三維流動(dòng)計(jì)算中。首先，根據(jù)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的特點(diǎn)建立了控制方程，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，RNGk-ε模型，剪切壓力傳輸SSTk-ω模型以及標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。其次，采用Pro/ENGINEER三維造型軟件對(duì)離心泵進(jìn)行三維實(shí)體造型。然后，

4、采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和SIMPLEC算法，在FLUENT軟件中分別對(duì)0.5Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q和1.5Q工況采用上述模型進(jìn)行了離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬和性能預(yù)測(cè)，計(jì)算了泵的揚(yáng)程、軸功率和效率。將模擬計(jì)算的結(jié)果與在水泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比得到：五種工況下四種湍流模型的計(jì)算結(jié)果(性能曲線)與試驗(yàn)性能曲線的趨勢(shì)基本一致。在設(shè)計(jì)工況下計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好，而在大流量和小流量工況下計(jì)算值與試驗(yàn)值的吻合度相對(duì)較差。其中，

5、采用SSTk-ω模型計(jì)算得到的流量、揚(yáng)程和效率曲線最為理想，與試驗(yàn)性能曲線的吻合度也較好。而采用k-ω模型計(jì)算得到的性能曲線最不理想，模擬效果較差。
　　 通過(guò)對(duì)不同湍流模型及不同工況下離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的分析可以得到：采用SSTk-ω模型進(jìn)行內(nèi)部流場(chǎng)的模擬得到的靜壓分布和速度分布比較均勻，流態(tài)更好，更接近于實(shí)際情況，這與性能曲線的對(duì)比結(jié)果相吻合。在大流量和小流量工況下，流場(chǎng)的靜壓分布和速度分布相對(duì)不均勻，并且在靠近隔舌和葉輪流道出