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2018-04-06 by:CAE仿真在线 来源:互联网
背景
本文选自ASME 2014第四届美欧联合流体工程分会夏季会议,由滨特尔集团(Pentair)的Tchavdarov博士提出,拟采用三种CFD商业软件对低比转速离心泵流场进行数值模拟,并将仿真结果与实验数据进行对比,以期改进低比转速离心泵流场数值模拟的仿真精度。但实际上,只有PumpLinx完成了该仿真工作,下文将对其进行详细介绍。
低比转速离心泵以流量小、扬程高为显著特点,被广泛应用于石油化工、水利电力、航空航天等各个领域。不同于高比转速离心泵,低比转速离心泵具有叶片出口宽度小、叶轮外径大、叶轮流道狭长等特点,仿真难度较高。
低比转速离心泵仿真难点:
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小流量高扬程
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狭窄流动通道
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低流动功率
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大摩擦面积
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大摩擦损失与机械损失
几何
低比转速离心泵的结构当中包括了平衡孔、密封间隙、泄压管、泵壳与泵体间流动等多个几何细节,这些几何细节对整个流场具有重要的影响,在仿真过程中应该全部加以考虑。
流体域
利用CAD软件从离心泵结构中提取出流体域,并将流体域分为进口、叶轮、蜗壳、密封间隙和底部流体域共五个部分,如图所示。
网格
采用PumpLinx内置的基于二叉树算法的笛卡尔网格技术生成,网格总数为1178459。
边界条件与物性
边界条件包括了进口、出口和叶片转速等,其中叶片转速为1775rpm。
流动介质为水,相应的参数见下表所示:
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参数 |
值 |
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介质 |
水(不可压) |
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密度 |
998 kg/m³ |
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动力粘度 |
1.004×10-3Pa·s |
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体积模量 |
2.15×109Pa |
采用瞬态流场模拟,模拟的流量范围为0—1500gpm。
仿真结果
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压力分布
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流线图
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密封间隙处速度矢量
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平衡孔处速度矢量
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275 gpm时相对速度矢量
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1000 gpm时相对速度矢量
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仿真结果与实验数据对比--水头
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仿真结果与实验数据对比--功率
由图可见,仿真结果与实验数据吻合较好,具有很高的精度。
总结
采用PumpLinx对低比转速离心泵进行了瞬态流场数值仿真,仿真过程中考虑了离心泵的平衡孔、密封间隙、泵壳与泵体间流动等众多几何细节,仿真结果与实验数据高度吻合。
几点建议
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数值模拟中应考虑所有重要的几何特征。
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采用瞬态流场模拟。
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验证网格无关性。
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当水力功率与实验数据进行对比时,需考虑其他可能存在的损失。
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