離心油泵粘油流動與性能的數(shù)值計(jì)算.pdf

1、本文研究課題為蘭州理工大學(xué)2002年學(xué)術(shù)梯隊(duì)及特色研究方向資助項(xiàng)目的的一部分。 離心油泵在我國石油、石油化工流程中廣泛應(yīng)用。離心油泵的性能計(jì)算和內(nèi)部粘油流動特性的掌握對提高泵水力設(shè)計(jì)水平和性能優(yōu)化有著重要工程實(shí)際意義和學(xué)術(shù)價值。但是目前針對離心油泵性能和內(nèi)部粘油流動的數(shù)值計(jì)算研究還比較少。作為嘗試，本文利用CFD軟件FLUENT6.1對一臺用于LDV流動測量實(shí)驗(yàn)的全離心油泵內(nèi)部三維粘性流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。計(jì)算中，分別改變工況和粘

2、度。為了掌握和驗(yàn)證FLUENT計(jì)算精度，對二維靜止葉柵、旋轉(zhuǎn)的矩形擴(kuò)散流道、帶吸入管的實(shí)驗(yàn)離心泵葉輪內(nèi)部三維粘性流動分別進(jìn)行了計(jì)算，得到了流動分離、壁面剪切應(yīng)力、二次流、射流-尾流和水力損失等信息，分別將葉輪揚(yáng)程系數(shù)、葉片壓力系數(shù)與相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。研究表明： (1)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型計(jì)算葉柵流動時，網(wǎng)格數(shù)目對計(jì)算結(jié)果有影響，收斂殘差大小對結(jié)果沒有影響；壓力系數(shù)平均相對誤差約為15％。 (2)計(jì)算得到的旋

3、轉(zhuǎn)擴(kuò)散矩形流道內(nèi)的相對速度剖面演化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，得出的射流—尾流結(jié)構(gòu)、不同斷面內(nèi)二次流的變化規(guī)律以及工況對它們的影響均與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。 (3)計(jì)算的離心泵葉輪揚(yáng)程系數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果的相對誤差小于6％，計(jì)算的葉片表面壓力系數(shù)的分布與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分吻合；葉輪內(nèi)部的水力損失是主要的，進(jìn)口管內(nèi)部的水力損失是次要的，且葉輪內(nèi)部的水力損失隨流量變化規(guī)律與進(jìn)口管水力損失隨流量變化明顯不同。 (4)在軸面內(nèi)，在前蓋板轉(zhuǎn)彎處，存在

4、高速區(qū)、低總壓、低靜壓區(qū)；在后蓋板處，存在低速區(qū)、高總壓、高靜壓區(qū)。在軸垂面內(nèi)，葉片之間的低速區(qū)和高壓區(qū)都在葉片的工作面，高速區(qū)和低壓區(qū)都在葉片的背面。隨著流量的減小，低速區(qū)范圍擴(kuò)大，高速區(qū)范圍縮小。葉輪揚(yáng)程的提高主要靠葉片壓力面相對速度的降低造成的。 (5)在設(shè)計(jì)工況，水力損失主要發(fā)生在葉片工作面、葉片尾部和前蓋板內(nèi)表面；在小流量工況下，水力損失主要發(fā)生在葉片背面、葉片頭部和前蓋板內(nèi)表面。 (6)得出的離心油泵性能曲線