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2018-04-06 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
背景
本文選自ASME 2014第四屆美歐聯(lián)合流體工程分會夏季會議,由濱特爾集團(Pentair)的Tchavdarov博士提出,擬采用三種CFD商業(yè)軟件對低比轉速離心泵流場進行數(shù)值模擬,并將仿真結果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,以期改進低比轉速離心泵流場數(shù)值模擬的仿真精度。但實際上,只有PumpLinx完成了該仿真工作,下文將對其進行詳細介紹。
低比轉速離心泵以流量小、揚程高為顯著特點,被廣泛應用于石油化工、水利電力、航空航天等各個領域。不同于高比轉速離心泵,低比轉速離心泵具有葉片出口寬度小、葉輪外徑大、葉輪流道狹長等特點,仿真難度較高。
低比轉速離心泵仿真難點:
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小流量高揚程
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狹窄流動通道
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低流動功率
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大摩擦面積
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大摩擦損失與機械損失
幾何
低比轉速離心泵的結構當中包括了平衡孔、密封間隙、泄壓管、泵殼與泵體間流動等多個幾何細節(jié),這些幾何細節(jié)對整個流場具有重要的影響,在仿真過程中應該全部加以考慮。
流體域
利用CAD軟件從離心泵結構中提取出流體域,并將流體域分為進口、葉輪、蝸殼、密封間隙和底部流體域共五個部分,如圖所示。
網(wǎng)格
采用PumpLinx內(nèi)置的基于二叉樹算法的笛卡爾網(wǎng)格技術生成,網(wǎng)格總數(shù)為1178459。
邊界條件與物性
邊界條件包括了進口、出口和葉片轉速等,其中葉片轉速為1775rpm。
流動介質(zhì)為水,相應的參數(shù)見下表所示:
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參數(shù) |
值 |
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介質(zhì) |
水(不可壓) |
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密度 |
998 kg/m3 |
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動力粘度 |
1.004×10-3Pa·s |
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體積模量 |
2.15×109Pa |
采用瞬態(tài)流場模擬,模擬的流量范圍為0—1500gpm。
仿真結果
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壓力分布
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流線圖
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密封間隙處速度矢量
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平衡孔處速度矢量
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275 gpm時相對速度矢量
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1000 gpm時相對速度矢量
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仿真結果與實驗數(shù)據(jù)對比--水頭
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仿真結果與實驗數(shù)據(jù)對比--功率
由圖可見,仿真結果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好,具有很高的精度。
總結
采用PumpLinx對低比轉速離心泵進行了瞬態(tài)流場數(shù)值仿真,仿真過程中考慮了離心泵的平衡孔、密封間隙、泵殼與泵體間流動等眾多幾何細節(jié),仿真結果與實驗數(shù)據(jù)高度吻合。
幾點建議
-
數(shù)值模擬中應考慮所有重要的幾何特征。
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采用瞬態(tài)流場模擬。
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驗證網(wǎng)格無關性。
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當水力功率與實驗數(shù)據(jù)進行對比時,需考慮其他可能存在的損失。
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