离心泵内流三维数值模拟

论文题目: 离心泵内流三维数值模拟

论文类型: 硕士论文

论文专业: 固体力学

作者: 朱保林

导师: 张淑佳

关键词: 离心泵,计算流体动力学,数值模拟

文献来源: 浙江工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 为了满足用户对泵的高负荷、大流量、高效率、低噪声和小体积的要求,泵的生成厂家正逐步采用高科技手段对泵进行研究和设计。近年来,随着计算流体力学(CFD)的发展,从研究离心泵流体流动机理出发,使用数值仿真研究离心泵内部流动,利用数值仿真结果来指导泵的设计已经成为重要的研究方向。采用数值模拟手段,一方面可以节省试验的资源,缩短新产品的研制时间;另一方面它可以显示从试验中难以得出的流动特征的细节。本文应用商业CFD软件FLUENT研究离心泵整机的内部流动,主要做了以下几方面工作: 综述了传统离心泵设计方法和现代基于CAD/CFD的设计方法以及离心泵内部流场计算方法的发展历史,简述了计算流体力学通用软件在离心泵中的应用情况。详细介绍了计算流体力学的基本理论和方法,包括各种湍流理论模型的对比分析,求解代数方程组的SIMPLE计算方法,以及各种网格生成技术。最后以型号为IS80-65-160的蜗壳式离心泵为例对整机流场进行计算。 考虑到离心泵曲面的复杂性,本文利用造型软件PRO/E对离心泵内过流部件进行造型,详细叙述了叶片的实体造型过程,然后将整体造型结果导入到GAMBIT中对实体模型进行处理划分网格,应用FLUENT分别计算了八种流量工况下的流动,得到了大量三维湍流场的分析结果,包括静压分布图、总压分布图以及速度矢量分布图等,为下一步优化离心泵设计提供了相关数据和改进的方向。 数值仿真结果捕捉到了离心泵内部许多重要的流动现象,发现了冲击、尾流、二次流等等不良流动现象。对计算所得的泵水力特性曲线与试验水力特性曲线作了比较,发现两者的吻合良好,从而验证了计算结果的与可靠性。

论文目录:

摘要

Abstract

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 离心泵设计方法概述

1.2.1 离心泵设计的要求

1.2.2 传统的简化设计方法

1.2.3 现代基于CAD／CFD的优化设计方法

1.3 离心泵内流模拟发展历程

1.3.1 无粘性流动计算

1.3.2 分区考虑粘性效应的数值模拟

1.3.3 三维粘性数值模拟

1.4 本文的研究内容

1.4.1 问题的提出及意义

1.4.2 研究的主要内容

第二章 计算流体动力学基本理论与方法

2.1 计算流体动力学方法的形成和发展

2.2 计算流体动力学的工作步骤

2.3 流体动力学控制方程

2.3.1 质量守恒方程

2.3.2 动量守恒方程

2.3.3 能量守恒方程

2.4 控制方程求解中的困难

2.5 湍流理论

2.5.1 湍流理论概述

2.5.2 雷诺应力模型

2.5.3 涡粘模型

2.6 离散方法

2.7 流场数值计算的SIMPLE算法

2.8 网格生成技术概述

第三章 叶轮与蜗壳的造型

3.1 实体造型的方法

3.2 叶轮模型的造型

3.2.1 叶轮主要参数的确定

3.2.2 叶轮模型的造型过程

3.3 蜗壳的三维造型

第四章 内部流动的计算过程

4.1 网格的生成

4.2 叶轮内部流动的控制方程

4.3 旋转叶轮和静止泵壳之间耦合模型

4.3.1 多参考坐标系模型

4.3.2 混合平面模型

4.3.3 滑移网格模型

4.4 湍流模型、计算方法及边界条件

4.4.1 进口边界

4.4.2 出口边界条件

4.4.3 固体壁面边界条件

第五章 内部流态分析与性能曲线计算

5.1 概述

5.2 离心泵内部流态分析

5.2.1 额定工况下离心泵整机内定常流动分析

5.2.2 不同工况下离心泵内定常流动对比

5.3 计算性能曲线与试验性能曲线的比较

5.3.1 各性能参数的计算公式

5.3.2 与试验曲线的对比分析

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

附图

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况

发布时间: 2005-08-08

参考文献

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