离心泵的数值模拟及性能分析

摘要

离心泵作为一种通用的流体机械，在工业生产和日常生活中被广泛的应用。离心泵效率的提高会减少社会对能源需求的压力。本文通过利用CFD对离心泵进行数值模拟，预测离心泵性能、考察离其内部流场，并提出了一种离心泵叶轮的切削方法，在满足使用需要的同时，降低离心泵的扬程，扩大离心泵的使用范围，提高离心泵的效率，从而达到节约能源的目的。具体工作从以下几方面展开：
　　论述了课题的意义及研究背景，介绍了离心泵的种类结构以及离心泵的应用，列举了目前常用离心泵研究方法及优化方法，同时概括了本文主要的研究内容。
　　介绍了网格的一些基本概念，网格生成软件Gridgen和PLOT3D格式文件。重点阐述了离心泵全流道六面体结构网格的生成方法。针对离心泵的不同部件，综合运用Gridgen与Fortran相结合的办法，完成了离心泵包括叶轮、蜗壳以及前后盖板以外的密封部分六的面体结构网格划分。
　　介绍了CFD过程，包括前处理，求解和后处理。叙述了目前常用的湍流计算模型。本文提出选取SST湍流模型，结合e-k模型和w-k模型的优点来对离心泵进行数值模拟，并比对了模拟结果。接着介绍了FLUENT和Ansys CFX在离心泵模拟中的应用。最后对不同的水模进行了横向对比。
　　对现有典型离心泵进行内流分析，考察了离心泵的速度场和压力场的分布情况。然后对不同条件下对离心泵进行数值模拟并分析结果，包括考虑到泄漏回流条件和不同入口条件下对离心泵数值模拟结果的影响。
　　阐述了现阶段叶轮切割的一般方法，提出了一种只切削叶片，不切削前后盖板的切削方法，可以降低离心泵扬程。在满足用户需要的同时，提高离心泵的效率。利用CFD方法分析不同切削量下，离心泵的性能和内流场的分布情况，对改善离心泵性能具有很大的现实意义。
　　最后对本文所做的工作进行了总结，指出本文的创新点和不足之处，同时对这些不足之处的解决方法进行了思考。

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第1章绪论

1.1前言

1.2离心泵的概述

1.3离心泵的CFD数值模拟研究现状

1.4离心泵优化方法

1.4本文主要研究内容

第2章离心泵全流道网格建立

2.1网格的概述

2.2 Gridgen商业软件和PLOT3D的简介

2.3 600型离心泵全流道网格生成

2.4其它水模网格的建立

2.5本章小结

第三章离心泵的CFD数值模拟

3.1 CFD概述

3.2控制方程及湍流模型

3.3边界条件的设置

3.4湍流模型的选用对600型离心泵数值模拟结果的影响

3.5 SST湍流模型下CFX与FLUENT中600型离心泵模拟结果对比

3.6不同水模的离心泵模拟

3.7本章小结

第四章模拟结果的分析及不同条件对泵性能的影响

4.1 600型离心泵内流场分布

4.2密封和入口条件对600型离心泵性能的影响

4.3本章小结

第五章600型离心泵叶轮的切割分析

5.1离心泵的切割

5.2 600型叶轮切割和CFD数值模拟

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2工作的创新点

6.3不足与展望

致谢

参考文献

附录