旋喷泵集流管喉部截面积数值模拟计算

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The Numerical Simulation of CrOss-sectiOnal Area of theCollecting Pipe of Roto-Jet PumpLIU Yi ，HAN Zheng-jie ，ZHANG Ren-hui ，JIANG Yue ，WU Guo-xiu(1.School of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；2.School of Mechanical and Automobile Engineering，Xiangfan College，Xiangfan 441000，China)Abstract： Taking three control equations of the fluid as the theoretical basis，and using alternate grid andSimple algorithm.the three-dimensional numerical simulation has been done in the interna1 flow field of theRoto-Jet pump.Taking XP300-3 type Roto-Jet pump as the object of research，multiple groups of cross-see-tional areas have been designed in detail.The influence of different cross-sectional areas to the pump iSknown.The results can provide a theoretical basis for the optimal design of the collecting pipe of the Roto-Jet pump and give references to the design of the entrance section of the pipe。

Key words： Roto-Jet pump；cross-sectional area of throat；CFD；numerical simulation旋喷泵是-种基于新的理论研制的小流量、高扬程的特低比转速泵，它的比转速-般为 5～30，其过流部件和结构与普通离心泵及高速泵不同，旋喷泵的转子腔和叶轮紧固在-起并同步旋转，而集流管固定芭在转子腔内且静止不动[1].国内对旋喷泵喉部截面积研究较少，由于其对旋喷泵性能的重要性，因此，对其研究是很有价值的。

研究以 XP300-3型为基础，设计 4种截面积不同的集流管喉部，对其进行 CFD数值模拟计算，分析比较内部流动状况。

1 数值模拟方法1.1 控制方程由于叶轮流称算伴随强烈的旋转、弯曲以及可能出现的流动分离，使其中的紊流呈现异性，具有多种紊流尺度.下述以清水为输送介质，认为流动是不可压、非定常的三维湍流流动，将其时间平均可得到雷诺时均 N-S方程为[2J R ui 0， (1)收稿日期 ：2012-09-25基金项目：国家自然科学基金项目(51109104)；湖北侍育厅 自然科学重点科研资助项目(D20092501)作者简介：刘宜(1955-)。男，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为流体机械.E-mail：jinghuashuiyuezq###126.corn第 25卷 刘 宜等：旋喷泵集流管喉部截面积数值模拟计算 813( )-差刍[ 、aO u. 3ui- 2如差)]丢(-P ). (2)雷诺应力模型为- ： - 2.26 m/s- lD - (罄 )-2( 差) (3) ，A 手 - ) .-5- 譬， c4 压力出口 -pg：2. 94 M P 。

蠡( )- ( m ak l (5) 21 荨轮壁面设置成相X寸静止其余壁面设( )-毒[( )亳] 篓 孽 ，静 和 转并存的区域为计算域n]；在 ： 计算域的边壁采用相对于临近 运动的壁面条cte -C2 ， (6) 件 ，在接近流道 的固面产生很大的速度梯度，采用壁-- lD ，aOzuj. (7) 2面函数法Ⅲ。同的喉部截面积常数值为[ -0.09，Cl。-1.44，Cz。-1.92， -1.0， -1.3.以上所列控制方程可直接应用于静止部件内部流场的计算，转动部件内流场的计算在转动系下参照进行，二者内流场的控制方程形式相同，但速度采用转动参照系下的相对速度，引用有限差分方法对其离散后再对其近似求解。

1.2 三维流道几何造型及网格离散化该 XP300-3型旋喷泵的主要设计参数为：流量Q-6 m。/h，扬程 H300 m，转速 -4 530 r/min，集流管进口当量直径 d。-0.009 m，出口直径 d。-0.025 m，集流管扩散段长度 L-0.127 5m，配备电机功率 P22 kW[ .对集流管的三维建模如图 1所示。

图 1 集流管几何 图集流管进口截面形状对泵效率影响很大 引，并且集流管的进口对提高水力效率有很大的研究意义 引，现设计 4种不同的第-转弯处喉部截面积进行整体组合；采用 Gambit中的具有高度 自动化非结构化网格来划分网格。

2 边界条件与集流管进 口速度为集流管第-转弯剖面如图 2所示。

模型(a) 模型(b)模型 (c) 模型 (d)图2 集流管第-转弯剖面其中模型(a)、(b)是从集流管进口到第-个转弯处与腔体外缘同心的内壁圆弧段连接，但其弯角处截面积渐变，而模型(c)、(d)是集流管进口段成水平线，只有到第-个转弯处才渐变成圆弧状。

3 计算结果及分析3.1 利用 Fluid软件分别对其进行计算集流喉部截面速度矢量分布如图 3所示.从图3所示的 4种集流管喉部截面速度分布来看，集流管进 口处速度值达到最大 ，速度变化的梯度随梯度变得越来越小，流道中间流速大于两侧的速度，而模型(b)转角外侧靠上处存在回流区。

集流喉部截面静压分布如图 4所示.从图 4可以看出，模型(b)在第-个转弯处出现负压区，这也是易发生气蚀的地方，由此可见集 流管的第-个转弯处尺寸不宜过大，否则容易发生气蚀。