基于不同湍流模型的離心泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬與分析.pdf

1、離心泵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)的許多部門有著廣泛的應(yīng)用，是一種重要的水力機(jī)械。進(jìn)行離心泵內(nèi)部流動特性的研究對于泵的優(yōu)化設(shè)計，以及改善泵的運行特性具有重要影響。實現(xiàn)離心泵內(nèi)部流動的數(shù)值模擬，不僅具有理論意義，更具有重要的工程實用價值。
　　 近年來，隨著計算流體力學(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，利用數(shù)值仿真的結(jié)果來指導(dǎo)泵的設(shè)計己經(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、省試驗的資源，縮短新產(chǎn)品的研制時間；另一方面，它可以得到從試驗中難以得出的流體流動的細(xì)節(jié)。并且，隨著計算機(jī)運行速度和內(nèi)存的飛速提高，更多的湍流模型和計算方法被應(yīng)用到離心泵的三維流動計算中，使得離心泵內(nèi)三維湍流模型的數(shù)值計算不斷得以發(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，不僅對計算精度的影響很大，而且對計算的難易程度影響很大，要得到與實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)的三維流動計算中。首先，根據(jù)離心泵內(nèi)部流場的特點建立了控制方程，對標(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)用范圍和特點進(jìn)行了介紹。其次，采用Pro/ENGINEER三維造型軟件對離心泵進(jìn)行三維實體造型。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)部流場的數(shù)值模擬和性能預(yù)測，計算了泵的揚程、軸功率和效率。將模擬計算的結(jié)果與在水泵試驗臺上進(jìn)行測試得到的試驗結(jié)果進(jìn)行對比得到：五種工況下四種湍流模型的計算結(jié)果(性能曲線)與試驗性能曲線的趨勢基本一致。在設(shè)計工況下計算值與試驗值吻合較好，而在大流量和小流量工況下計算值與試驗值的吻合度相對較差。其中，

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