离心泵内部流场的数值模拟与实验分析

摘要

离心泵是一种应用较广泛的能耗大效率低的设备。近年来，随着计算机技术的快速发展，利用FLUENT实现离心泵的内部流场数值模拟为了解和掌握离心泵复杂的内部流动开辟了新的途径，弥补了传统设计方法的不足，对离心泵的优化设计、水力性能的改善、提高其效率具有非常重要的意义。
　　 本文首先采用Pro/E软件建立离心泵的三维实体模型，然后采用计算流体动力学软件FLUENT对RY型离心泵进行内部流场的数值模拟，得到不同工况下离心泵内部流场不同时刻的速度分布和压力分布，分析了离心泵内部的流动规律，并进行性能预测。在此基础上对RY型离心泵进行优化改进，并对优化后的离心泵进行不同工况下内部流场的数值模拟，通过计算结果与实验结果的比较验证该方法计算离心泵内部流动的可行性和正确性。
　　 本文主要作了以下几方面的研究工作：
　　 (1)介绍了离心泵内部流场数值模拟的国内外发展研究现状及商用CFD软件的发展，从控制方程、湍流模型问题的提出及解决方法、湍流模型的后处理等多方面介绍了湍流流动数值模拟理论。
　　 (2)介绍了计算流体动力学的基本理论知识，阐述了流体与流动的基本特性，给出了流体动力学的基本控制方程。
　　 (3)利用Pro/E软件对RY型离心泵过流部件进行实体造型，建立离心泵的三维实体模型。
　　 (4)介绍了FLUENT环境下离心泵的数值计算过程，应用滑移网格法对离心泵内部湍流流动进行非定常数植模拟，得到不同工况下各个时刻的速度分布和压力分布。通过计算结果比较分析，揭示了离心泵内部的流动规律。
　　 (5)根据数值模拟结果对现有RY型离心泵进行优化设计，并以此为基础进行离心泵的性能预测，将预测结果与已有的实验测试结果进行分析比较，验证了所采用方法的可行性和正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的研究背景及研究意义

1．2 国内外相关技术的发展现状

1．2．1 国外相关技术发展现状

1．2．2 国内相关技术发展现状

1．3 离心泵内部流场数值模拟的研究现状及发展趋势

1．4 计算流体动力学(CFD)技术的发展

1．5 本课题研究内容

1．6 本章小结

第2章 离心泵内部流场数值模拟理论基础

2．1 计算流体动力学理论基础

2．1．1 计算流体动力学基本思想

2．1．2 流体与流动的基本特性

2．1．3 流体动力学的基本控制方程

2．2 湍流流动的数值模拟方法

2．3 常见湍流模型及应用分析m

2．4 离心泵内部流场数值模拟方法

2．5 本章小结

第3章 离心泵的三维实体建模

3．1 Pro／E造型软件介绍

3．2 叶轮三维造型设计

3．3 蜗壳三维造型设计

3．4 本章小结

第4章 离心泵内部流场的数值模拟

4．1 FLUENT软件介绍

4．2 几何模型的简化生成与网格的划分

4．2．1 几何模型简化与生成

4．2．2 网格的划分

4．3 旋转叶轮和静止蜗壳间的耦合模型

4．4 边界条件

4．4．1 进口边界条件

4．4．2 出口边界条件

4．4．3 固体壁面边界条件

4．5 离心泵内部流场的数值模拟计算

4．5．1 设置计算模型

4．5．2 设置边界条件

4．5．3 设置求解控制参数

4．5．4 迭代计算

4．6 迭代结果与分析

4．7 本章小结

第5章 离心泵数值模拟结果与实验值比较

5．1 离心泵性能实验

5．1．1 基本原理

5．1．2 实验数据

5．1．3 绘制离心泵工作性能曲线

5．2 优化后离心泵数值模拟

5．2．1 几何模型的建立

5．2．2 数值模拟结果分析

5．3 优化前后数值模拟结果比较

5．3．1 同一时刻的速度分布比较

5．3．2 同一时刻的压力分布比较

5．3．3 同一时刻的湍动能分布比较

5．4 性能预测与实验值的比较

5．4．1 FLUENT数值报告介绍

5．4．2 扬程的预测

5．4．3 效率的预测

5．4．4 预测值与实验值的比较

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的学术论文