CFD分析概述及在离心泵改进设计中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

自从 1687年牛顿定律公布以来，直到20世纪中后期，研究流体运动规律的主要方法有两种：-是实验研究，以实验研究为手段；另-种是理论分析方法，利用简单流动模型假设，给出某些问题的解析解。

前者耗费巨大，而后者对于较复杂的非线性流动现象目前还有些无能为力。

而到了20世纪末至今，飞速发展起来的计算流体动力学为实验研究和理论研究都起到了促进作用，也为优化流体模型提供了更多依据，使很多分析方法得到发展和完善。实验研究、理论分析和计算流体动力学数值模拟已成为当前研究流体运动规律的三种基本方法。

计算流体动力学 CFD是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的-门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术。

CFD的应用与计算机的发展密切相关。CFD软件最早用于军工和航天领域，后来慢慢应用于普通科研院所、高校和著名企业。但真正得到较广泛的应用是近几年。CFD软件现已成为解决各种流体流动与传热问题的强有力工具，并成功应用于水利、航运、海洋、汽车、电子、环境、食品、流体机械与流体工程等各种技术科学领域。过去只靠实验手段才能得到的某些结果，现在已可以借助 CFD模拟来获得较准确的结果。

因此，笔者对计算流体动力学CFD的发展前景相当看好，并相信在不远的将来必将取代大多数试验，使首批生产在偏差允许范围内成功率在 95%以上。

但是，CFD依赖于系统的流体动力学知识和较深入的数理基础，虽然商用CFD软件减轻了用户在这方面的压力，但学习和掌握CFD还不是-件容易的事。因此，目前除了应用比较广泛的商用软件Fluent、CFX、STAR-CD等之外，-些科研院所、高校已在编制符合 自己某个领域的比较专业的CFD软件并结合PIV等技术，对流厨行细微的研究。

- 般对于设计者来说，要用好 CFD软件，需具备-些流体力学方面的基本知识和现场使用的经验数据。比如任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础的。这些基本定律可由数学方程组来描述，如欧拉方程、Ⅳ- 方程等。还有如何考虑制造误差、试验误差、现场使用收稿 日期：2013.01.16；修回日期：2013-06-08基金项目：广东省佛山市科技攻关项 目 (2012GY010)。

作者简介：蒙盛吉 (1984)，男，广西贺州市人，项目工程师。主要从事流体机械产品开发设计、优化及选型工作。

2013年 8月 蒙盛吉.CFD分析概述及在离心泵改进设计中的应用4 对该水力模型采取的改进措施(1)通过对叶片进 口角、出口芭角及叶轮其他部位结构的调整，减少小流量时的水力损失，从而达到减少或消除驼峰的目的。

(2)调整叶片型线，减少回流及漩涡，从而提高叶轮效率。

(3)通过对第八断面调整，改善蜗壳出口的隔板位置，对内部其他过流断面进行优化，减少内部流动的水力损失，提高整泵运行效率。

(4)增大进口过流面积，减续口的流速及压降，使泵的必需汽蚀余量降低；或者降速使用该泵等等。

112 气泡体积分数图 5 结束语Fig.12 The bubble volume fraction3 对数值模拟结果进行提取处理，并进行总结、对比分析后所得结论(1)数值模拟结果与实验结果比较吻合，趋势- 致。

(2)在不考虑汽蚀时，扬程在大流量区下降不是很明显，但 o-n曲线稍显驼峰走势，使该型泵高效区的应用范围受影响。

(3)泵转速高，过流速度非踌，流场不稳定，压力梯度分布不匀称，泵在大流量下发生了严重的汽蚀，从叶片速度图看进口有漩涡，从叶轮内气泡体积分数图看，叶轮流道有 1/3左右发生了汽蚀；与常规同口径的泵相比，该泵设计点定到 850 m /h，可见此泵是偏大了，也许进口有很大的正压时，是可行的。

(4)双流道压出室隔板出口段的设置有待改进，内侧过流面积有些小，内、外侧速度差别比较大，造成水流对冲、螺旋漩涡自身耗能等。

运用此方法设计离心泵，可以较快地预测它们的性能水平，通过优化改进，还可以提高产品的性能水平，不仅缩短了设计、生产和试制周期，还节约了很多制造成本，从而使企业在市澈争中更具有优势。