CN104564716A - 一种离心泵稳流叶轮的改进方法 - Google Patents

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窦华书
郑路路
陈小平
蒋威
马晓阳
牛琳
贲安庆
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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Abstract

本发明提出了一种离心泵稳流叶轮的改进方法。本发明包括如下步骤：步骤(1).模拟离心泵内部的流动物理参数；步骤(2).通过获得的原模型离心泵的流动物理参数，做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布、流线分布；步骤(3).计算获得改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数；步骤(4).对比原型离心泵与改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数。本发明改进后的离心泵流动情况有所提高，流道内的流动情况有所改善，叶片与轮盘接触附近的流线分布和压力分布更加均匀，逆压梯度有所减小，提高了离心泵的稳定性。

Description

一种离心泵稳流叶轮的改进方法
技术领域
本发明属于叶轮机械领域，涉及离心泵，具体涉及一种离心泵稳流叶轮的改进方法。
背景技术
离心泵作为当代最主要的动力装置之一，广泛应用于国民经济的各部门以及航空航天等尖端技术领域。提高离心泵的效率, 可以充分利用有限能源，提高的经济效益。因此，提高离心泵的研究和设计水平，对国民经济发展、节约能源和环境保护有重要的影响。叶轮机械主要是指采用液体作为介质的工作机，主要是离心泵。泵是叶轮机械的一种，也是应用非常广泛的通用机械，可以说凡是有液体流动的领域，就有泵的工作。随着科学技术的发展，泵的应用领域正在迅速扩大，据不同国家统计，泵的耗电量都约占各国总发电量的1/5，可见泵的耗能巨大，因而提高泵技术水平对节约能源具有重要意义。
离心泵在运行过程中，水流经过入口、叶轮、蜗壳等部件时会产生摩擦、碰撞、二次流、回流、漩涡等复杂流动现象。叶轮是离心泵的运行中的重要的过流部件。离心泵的流道为扩散通道，扩散通道中比较容易形成边界层分离，且在流道出口部分也较容易出现漩涡、二次流以及射流-尾迹现象。漩涡、二次流以及射流-尾迹现象对离心泵的性能有着较大的影响，因此改善流道内的流动情况对提高离心泵的性能有着较大的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有研究的不足，提供一种离心泵稳流叶轮的改进方法，改进后的离心泵在叶片与叶轮附近的流动情况得到了明显的改善。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于包括如下步骤：
步骤(1).模拟离心泵内部的流动物理参数；
利用CFD技术模拟离心泵内流体流动，得到整个流场的物理参数；所述的物理参数包括水流速度、压强分布、流线分布以及扬程和效率曲线，具体获取如下：
针对任一工况条件下的离心泵，采用CFD技术对离心泵内部流动进行三维数值模拟，模拟过程中控制方程采用三维不可压缩的平均雷诺纳维-斯托克斯方程和连续性方程模拟离心泵内的流体流动，并利用有限体积法对控制方程在空间上进行离散；时间推进采用半隐式的格式；然后，在计算域上施加边界条件，分别在给定的几何参数和不同的流动条件下，进行模拟计算，并获得流场物理参数，包括水流速度、压强和流线分布；
根据每一个工况点的压强、流量和扭矩，获取整个流场的扬程和效率曲线。
步骤(2).通过获得的原模型离心泵的流动物理参数，做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布和流线分布；
步骤(3).计算获得改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数；
在步骤(2)相同的工况条件下，对改进叶片与轮盘安装后的离心泵内部流动进行数值模拟，并获得离心泵内流体的流动物理参数，最终做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布和流线分布。
步骤(4).对比原型离心泵与改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数。
根据获得的两种叶片与轮盘接触附近的速度分布图、压力分布图、流线分布图以及扬程和效率曲线，对比分析各物理参数的分布；判断的标准是(1):改进叶片与轮盘安装后的离心泵的扬程和效率相比原型泵有没有提升；(2)改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的流线分布有没有变得更加均匀；(3)改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的压力分布有没有变得更加均匀，逆压梯度有没有减小。
所述的改进叶片与轮盘安装后的离心泵的扬程和效率相比原型离心泵的扬程和效率没有明显的变化；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的流线分布相比原型离心泵有所提高；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的压力分布相比原型离心泵更加均匀，且逆压梯度变化也有所减小。
本发明的有益效果
本发明通过对离心泵叶片与轮盘的安装方法进行优化，改进后的离心泵在叶片与叶轮附近的流线分布有所提高，压力分布变得更加均匀，逆压梯度变化也有所减小，逆压梯度的减小可以有效的减小横流和漩涡等流动现象，流动情况有所改善。
附图说明
图1为原型离心泵叶片与叶轮安装三维图；
图2为本发明改进后离心泵叶片与叶轮安装三维图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种离心泵稳流叶轮的改进方法，具体包括如下步骤：
步骤(1).模拟原型离心泵内的流动物理参数
如图1所示，1-1.利用CFD技术模拟离心泵内部流体的流动，得到整个流场的物理参数；
所述的物理参数包括水流速度、压强分布、流线分布以及扬程和效率曲线，具体获取如下：
针对任一工况条件下的离心泵，采用CFD技术对离心泵内部流动进行数值模拟，模拟过程中控制方程采用三维雷诺平均纳维-斯托克斯方程和连续性方程模拟离心泵内的流动，并利用有限体积法对非结构化网格下的控制方程在空间上进行离散；时间推进采用半隐式的格式；然后，在计算域上施加边界条件，分别在给定的几何参数和不同的流动条件下，进行模拟计算，并获得流场物理参数，包括水流速度、压强和流线分布。
根据每一个工况点的压强、流量、扭矩，获取整个流场的扬程和效率曲线。
步骤(2).通过获得的原模型离心泵的流动物理参数，做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布、流线分布具体如下：
2-1.获得原型离心泵内部的流动物理参数，并做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布、流线分布。
如图2所示，步骤(3).获得改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数具体如下：
3-1.在与2-1所述的相同的工况条件下，将叶片和叶轮后盖板的连接处采用一段光滑的圆弧过渡，叶轮出口直径为D1=470mm，叶片高度h=80mm，圆角过渡的半径R=3.82mm；对改进叶片与轮盘安装后的离心泵内部流动进行数值模拟，并获得离心泵内部的流动物理参数，最终做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布、流线分布。
步骤(4).对比原型离心泵与改进叶片与叶轮安装后的离心泵的流动物理参数具体如下：
改进叶片与轮盘安装后的离心泵的扬程和效率相比原型离心泵的扬程和效率没有明显的变化；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的流线分布相比原型离心泵有所提高；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的压力分布相比原型离心泵更加均匀，且逆压梯度变化也有所减小。

Claims (5)

1. 一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于包括如下步骤：
步骤(1).模拟离心泵内部的流动物理参数；
步骤(2).通过获得的原模型离心泵的流动物理参数，做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布和流线分布；
步骤(3).计算获得改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数；
步骤(4).对比原型离心泵与改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数。
2.如权利要求1所述的一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于，所述的模拟离心泵内部流体的流动物理参数具体如下：
2-1.利用CFD技术模拟离心泵内流体流动，得到整个流场的物理参数；
所述的物理参数包括水流速度、压强分布、流线分布以及扬程和效率曲线，具体获取如下：
针对任一工况条件下的离心泵，采用CFD技术对离心泵内部流动进行三维数值模拟，模拟过程中控制方程采用三维不可压缩的平均雷诺纳维-斯托克斯方程和连续性方程模拟离心泵内的流体流动，并利用有限体积法对控制方程在空间上进行离散；时间推进采用半隐式的格式；然后，在计算域上施加边界条件，分别在给定的几何参数和不同的流动条件下，进行模拟计算，并获得流场物理参数，包括水流速度、压强和流线分布；
根据每一个工况点的压强、流量、扭矩，获取整个流场的扬程和效率曲线。
3.如权利要求1所述的一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于，所述的计算获得改进叶片与轮盘安装后的离心泵的流动物理参数具体如下：
3-1.在步骤(2)相同的工况条件下，对改进叶片与轮盘安装后的离心泵内部流动进行数值模拟，并获得离心泵内流体的流动物理参数，最终做出扬程和效率曲线以及叶片与轮盘接触附近的水流速度分布、压力分布和流线分布。
4.如权利要求1所述的一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于，所述的对比原型离心泵与改进叶片与叶轮安装后的离心泵内部流动物理参数具体如下：
4-1.根据获得的两种叶片与轮盘接触附近的速度分布图、压力分布图、流线分布图以及扬程和效率曲线，对比分析各物理参数的分布；判断的标准是(1):改进叶片与轮盘安装后的离心泵的扬程和效率相比原型泵有没有提升；(2)改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的流线分布有没有变得更加均匀；(3)改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的压力分布有没有变得更加均匀，逆压梯度有没有减小。
5.如权利要求1所述的一种离心泵稳流叶轮的改进方法；其特征在于，所述的改进叶片与轮盘安装后的离心泵的扬程和效率相比原型离心泵的扬程和效率没有明显的变化；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的流线分布相比原型离心泵有所提高；改进叶片与轮盘安装后的离心泵在叶片与轮盘接触附近的压力分布相比原型离心泵更加均匀，且逆压梯度变化也有所减小。
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