扭曲叶片离心泵叶轮内三维湍流数值模拟.pdf

. . DRAINGE AND IRRIGATION MACHINERY Vol. 23 No. 3
扭曲叶片离心泵叶轮内三维湍流数值模拟
付强,朱荣生,李维斌
(江苏大学流体机械工程技术研究中心, 镇江 212013)
摘要:为提高离心泵的优化设计水平,介绍了计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法,采
用压强连接的隐式修正 SIMPLEC 算法,结合雷诺平均法的 RNG κ- ε模型和壁面函数法,应用商业
CFD软件,对叶轮内部的三维湍流流动进行了计算。分析了具有扭曲叶片的离心泵叶轮叶型
对流速分布、压力分布和泵性能的影响,揭示了叶轮内流动规律。
关键词:低比速离心泵;扭曲叶片;三维湍流;数值模拟
中图分类号:TH311 文献标识码: 文章编号: -( )- -
引言象。考虑涡粘性假设,采用适应强
旋转流和带弯曲壁面流的 k-ε湍流模型,
低比速离心泵具有流量小、扬程高的特建立控制方程如下:
点,广泛用于农业排灌、城市供水、锅炉给水、矿连续性方程:
山、石油和化工等领域,需求量极大。在叶轮设ρ
¶( ui )
计时,受制造工艺和生产成本等因素的影响,低= 0 (1)
¶xi
比速离心泵通常采用圆柱形式叶片。运行中,圆动量方程:
柱叶片形式的叶轮会发生汽蚀和运行不稳定等现
é æ ¶u ¶u öù
象,使叶轮遭受破坏,缩短使用寿命,也影响工作¶êµ ç i + j ÷
e ç ÷ú
ρ* ê ¶x j ¶xi ú
性能并妨碍其正常运行。因此,将圆柱叶片改进¶ uu ji )( ¶P ë è øû k
­= + ­ 2εijk ω juk
为更加符合离心泵叶轮内流场特点的空间扭曲叶¶x j ¶xi ¶x j
片,对提高低比速离心泵优化设计水平,解决困
扰其正常运行的难题就显得尤为重要。式中,ρ为流体密度;x j 分别代表各坐标分量
*
由于国内外对于叶轮内部真实的流动机理尚 x ,y ,z ;u i 为平均相对速度分量 u ,v ,w ;P
为包括了紊动能和离心力的折算压力;ω为
不清楚,在叶轮优化设计中往往依靠经验来选CAMEO楷模CAE案例库k j
取,给叶轮的设计带来了一定的难度。同时这种角速度;εi jk 为张量;μe 为等效粘性系数,分
基于经验的传统设计也需要繁琐的模型试验,大子粘性系数μ与涡粘性系数μ之和。
t
大增加了设计成本,制约离心泵的进一步发展。+= µµµ t (3)
近年来,CFD在离心泵叶轮内部流场计算中应用 k 2
µ = ρ C (4)
日益广泛,成为优化设计的重要工具。本文旨在 t µ ε
通过数值模拟稳定工作状态下工质为清水低比速
é ù
¶(ρkµi ) ¶ ¶k
离心泵叶轮内部的流场分布情况,揭示其叶轮内=êαµek ú Gk ++ ρε
¶ i ¶xx j ê ¶x j ú
部流动规律,为高性能低比速离心泵的优化设计ë û
é ù * 2
提供基础信息。¶(ρεui ) ¶ ¶e C1εε
= êαµee ú Gk ­+ C2ερ
¶ i ¶xx j ê ¶x j ú k k
控制方程ë û
(6)
低比速离心泵稳定运行中叶轮内部近似为三æ1­ /η