轻烃外输泵叶轮内部流场的CFD模拟研究

论文摘要

离心泵是被广泛的应用与各个行业,在生产、生活当中不可或缺的机械装置,而叶轮是离心泵中重要的过流部件,叶轮设计的优劣直接影响其各项性能参数。本文以基于CFD技术的流场分析方法能够对离心泵（本文以轻烃外输泵（60WUC-2M-17）为研究对象）内部各种极其复杂的流动状态进行数值模拟和性能预测,从而弥补离心泵传统设计方法的不足,为离心泵结构和进一步优化奠定了基础。本文以给定的设计参数进行了优化计算,得到了叶轮全部集合参数,根据这些参数利用三维造型Solidworks软件建立叶轮的流道模型。该离心泵叶轮内的流动为不可压缩流体的三维定常湍流流动。在FLUENT软件模拟过程中用其自带的划分网格软件Gambit进行网格划分,求解时采用SIMPLE算法和标准k -ε湍流方程进行求解。通过对叶轮的数值模拟,可以得到其内部流动的速度分布及压力分布,并捕捉到一些重要的流动现象,如进口有冲击损失等。同时还模拟了不同工况下的压力及速度分布,可观察到一些如旋涡、回流等不良现象。FLUENT模拟后得出的模拟数据与所掌握的实验数据进行比较,分别体现在扬程—流量特性对比、轴功率——流量特性对比和效率——流量特性对比,可得出,无论在不同流量工况下的压力速度图对比,还是特性曲线的对比,额定工况下的液体流动最为稳定,工作性能最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 国内外研究状况及发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究内容及技术路线
• 第二章 CFD 数值模拟的数值方法和数学模型
• 2.1 计算流体力学简介
• 2.2 CFD 常用的数值方法和基本方程
• 2.2.1 CFD 常用的数值方法
• 2.2.2 CFD 的基本方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 湍流概述
• 2.3.2 三维N-S 方程模型的计算方法
• 2.3.3 标准k-ε模型
• 2.4 控制方程的求解方法
• 2.4.1 数值离散的方法
• 2.4.2 流畅计算的SIMPLE 方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 模型的建立及其网格划分
• 3.1 叶轮模型建模
• 3.2 网格划分
• 3.2.1 网格选择与生成
• 3.2.2 网格质量检查
• 3.2.3 动静耦合模型
• 3.3 边界条件的设置及网格输出
• 3.4 湍流模型及计算方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 叶轮的流场分析
• 4.1 叶轮在设计工况下的流场分析
• 4.2 不同流量工况下流场的对比分析
• 4.2.1 不同流量工况下的速度场
• 4.2.2 不同流量工况下的压力场
• 4.3 本章小结
• 第五章 离心泵特性曲线的预测及对比分析
• 5.1 外特性参数的计算
• 5.1.1 扬程
• 5.1.2 轴功率
• 5.1.3 效率
• 5.2 预测特性曲线与试验曲线的对比
• 5.2.1 扬程——流量特性曲线对比
• 5.2.2 轴功率——流量特性曲线对比
• 5.2.3 效率——流量特性曲线对比
• 5.4 结论
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要