軸流泵內部流動CFD適用性的研究.pdf

1、軸流泵內部流動是十分復雜的三維湍流流動，它的各項水動力性能都直接與內部流場密切相關，因此研究軸流泵內流場具有重要意義。計算流體動力學(CFD)在泵領域的作用日益增強，已經可以用于研究內部流場、預測性能、參數(shù)比較、泵型優(yōu)化、葉輪/導葉相互干擾等方面。水泵CFD技術的長遠目標是代替模型試驗，為水泵的水動力性能設計提供一個有效工具。為了提高CFD預測水泵性能的可信度，增強CFD在模擬泵內流場中的適用性，本文根據軸流泵內部流動特點，從湍流模型、

2、壁面處理、網格分辨率等方面著手，研究這些因素對軸流泵性能預測精度的影響。 通過對數(shù)值求解不可壓粘性流動的基本理論和方法的概述，根據軸流泵內部流動特點，確定了本文采用雙參考系模型、有限控制體積法、SIMPLEC方法和兩方程湍流模型并適當輔以壁面函數(shù)來模擬軸流泵內部的粘性流動。 采用RANS方程和SSTk-ω模型，在三種不同疏密的網格上進行軸流泵內流場的數(shù)值模擬，在全性能范圍內將計算的水泵揚程和效率與試驗值進行了比較，獲得了

3、軸流泵流場計算所需要的網格數(shù)。 采用前面得到的適當網格，分別用Standardk-ε模型、RNGk-ε模型和Realizablek-ε模型來封閉RANS方程，近壁區(qū)的流動分別用標準壁面函數(shù)和不平衡壁面函數(shù)來處理，研究了不同近壁處理對計算結果的影響。 在上述研究的基礎上，采用適當?shù)挠嬎憔W格和近壁處理方式，用Standardk-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型、Standardk-ω模型及SSTk-ω

4、模型這五種湍流模型來模擬軸流泵內部流場，計算了水泵效率、揚程及其與試驗揚程的相對誤差，并與試驗數(shù)據進行了對比和分析。研究結果表明，在水泵運行的高效段，五種湍流模型計算揚程的相對誤差較小，偏離最優(yōu)工況時不同湍流模型表現(xiàn)出不同的特性。 根據以上研究結果，實例分析研究了雙向豎井貫流軸流式水泵裝置內部湍流流動，計算了水泵裝置各段水力損失，預測了不同葉片安放角時水泵裝置的性能。雖然本文是以軸流泵為研究對象，但是本文采用的技術路線、數(shù)值方法