軸流泵內(nèi)部流動(dòng)CFD適用性的研究.pdf

1、軸流泵內(nèi)部流動(dòng)是十分復(fù)雜的三維湍流流動(dòng)，它的各項(xiàng)水動(dòng)力性能都直接與內(nèi)部流場(chǎng)密切相關(guān)，因此研究軸流泵內(nèi)流場(chǎng)具有重要意義。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)在泵領(lǐng)域的作用日益增強(qiáng)，已經(jīng)可以用于研究?jī)?nèi)部流場(chǎng)、預(yù)測(cè)性能、參數(shù)比較、泵型優(yōu)化、葉輪/導(dǎo)葉相互干擾等方面。水泵CFD技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是代替模型試驗(yàn)，為水泵的水動(dòng)力性能設(shè)計(jì)提供一個(gè)有效工具。為了提高CFD預(yù)測(cè)水泵性能的可信度，增強(qiáng)CFD在模擬泵內(nèi)流場(chǎng)中的適用性，本文根據(jù)軸流泵內(nèi)部流動(dòng)特點(diǎn)，從湍流模型、

2、壁面處理、網(wǎng)格分辨率等方面著手，研究這些因素對(duì)軸流泵性能預(yù)測(cè)精度的影響。 通過對(duì)數(shù)值求解不可壓粘性流動(dòng)的基本理論和方法的概述，根據(jù)軸流泵內(nèi)部流動(dòng)特點(diǎn)，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(dāng)輔以壁面函數(shù)來模擬軸流泵內(nèi)部的粘性流動(dòng)。 采用RANS方程和SSTk-ω模型，在三種不同疏密的網(wǎng)格上進(jìn)行軸流泵內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬，在全性能范圍內(nèi)將計(jì)算的水泵揚(yáng)程和效率與試驗(yàn)值進(jìn)行了比較，獲得了

3、軸流泵流場(chǎng)計(jì)算所需要的網(wǎng)格數(shù)。 采用前面得到的適當(dāng)網(wǎng)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(dòng)分別用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。 在上述研究的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)挠?jì)算網(wǎng)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(nèi)部流場(chǎng)，計(jì)算了水泵效率、揚(yáng)程及其與試驗(yàn)揚(yáng)程的相對(duì)誤差，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和分析。研究結(jié)果表明，在水泵運(yùn)行的高效段，五種湍流模型計(jì)算揚(yáng)程的相對(duì)誤差較小，偏離最優(yōu)工況時(shí)不同湍流模型表現(xiàn)出不同的特性。 根據(jù)以上研究結(jié)果，實(shí)例分析研究了雙向豎井貫流軸流式水泵裝置內(nèi)部湍流流動(dòng)，計(jì)算了水泵裝置各段水力損失，預(yù)測(cè)了不同葉片安放角時(shí)水泵裝置的性能。雖然本文是以軸流泵為研究對(duì)象，但是本文采用的技術(shù)路線、數(shù)值方法