离心式污水泵内部流动的三维数值模拟

摘要

W型离心式污水泵由于具有制造简单，无堵塞性能好等优点，广泛的应用于污水的抽送。一直以来，该系列泵的设计参照清水泵的理论，并结合以往的设计经验进修正。这种设计理论和方法与实际情况有偏差，保证不了泵的性能。因此，对污水泵进行深入研究，揭是其真实的内部流动规律，为更好的设计污水泵提供理论支持。
　　 离心式污水泵叶片数一般为1～2片，其内部流动规律比较复杂，利用测试手段来研究泵内的流动特性不失为一种好方法，但由于其研究成本高、试验周期长，加上受测试方法的影响，还有可参考文献较少等等因素的限制，不利于对离心式污水泵的深入研究。因此，本文采用新的方法对泵内部流动进行研究，把涡室和叶轮作为整体来考虑，基于N-S方程，对泵内部流动进行数值模拟计算，输送清水介质时采用标准κ-ε模型，输送混合介质时采用κ-ε-Ap模型，采用笛卡儿坐标、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法进行计算。通过对计算结果的分析，得到了更符合实际情况的结论，为离心泵的设计提供了更好的依据。本课题的研究成果:
　　 1.通过对输送清水介质与污水介质时污水泵内部流动的数值计算，分析了两种介质不同的流动规律。证明了按清水泵设计理论设计污水泵本质上是不正确的。
　　 2.通过对输送污水介质时的模拟计算，得到了固体颗粒对泵内部件的磨损规律。
　　 3.通过对Fluent软件的分析和使用，找出了模拟计算的不足之处，并提出了相应的研究方向。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 离心式污水泵的研究意义

1．2 离心式污水泵的研究手段

1．2．1 试验手段

1．2．2 数值模拟手段

1．3 泵内部流动数值模拟研究的发展现状

1．3．1 无粘性流动数值模拟

1．3．2 分区考虑粘性效应的数值模拟

1．3．3 三维粘性流动数值模拟

1．3．4 湍流模型理论的研究

1．4 本课题研究的意义和主要任务

1．4．1 本课题研究的意义

1．4．2 本课题研究的主要任务

2 两相湍流理论基础

2．1 概述

2．2 运动颗粒的受力

2．2．1 作用力的类别

2．2．2 作用力的物理意义及表达式

2．2．3 作用力大小的分析

2．2．4 固液两相流动基本方程的建立

2．2．5 基本方程的模化式

2．2．6 计算方法

3 网格生成方法

3．1 概述

3．2 网格生成

3．2．1 构建几何模型

3．2．2 网格生成

3．2．3 指定边界条件及计算区域类型

4 内部流动的数值模拟

4．1 准备计算网格

4．1．1 计算网格的读入

4．1．2 单位的统一

4．1．3 网格检查

4．1．4 网格的光顺和交换

4．2 模型的设置

4．2．1 求解器的选择

4．2．2 运行环境的选择

4．3 计算模型的确定

4．4 定义材料

4．5 定义边界条件

4．5．1 输送清水介质时边界条件

4．5．2 输送含砂水时的边界条件

4．6 设置相

4．7 初始化和迭代计算

4．8 收敛判据

5 计算结果与分析

5．1 输送清水介质时的结果与分析

5．1．1 模拟结果

5．1．2 模拟结果分析

5．2 输送含砂水介质时的结果与分析

5．2．1 计算结果

5．2．2 计算结果分析

6 结论

6．1 结论

6．2 存在的问题

6．2．1 Fluent软件本身的缺陷

6．2．2 物理模型简化造成的缺陷

6．3 展望

致谢

参考文献