开式离的心叶轮内部流道的数值模拟.pdf

第 42 卷第 4 期 机 械 工 程 学 报 Vol,42 No. 4 2006 年 4 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Apr. 2006 开式离心叶轮内部流道的数值模拟* 1 2 2 2 3 张剑慈 崔宝玲 李 昳 朱祖超 陈 鹰 (1. 浙江工业大学浙西分校 衢州 324006 ； 2 ．浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室 杭州 310018 ； 3 ．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室 杭州 310018) 摘要：采用了多块网格技术、雷诺平均 N-S 方程和应用 S—A 湍流模型，对开式直叶高速离心泵叶轮内部流场进 行了数值模拟，并对开式高速离心泵作出了试验研究。通过数值模拟与试验研究的结果比较分析，得出该数值模 拟方法可以较好地模拟离心泵叶轮内流场，总结出了影响离心泵叶轮内流场和外部特性的因素及其变化规律。为 优化设计、提高泵的效率提供了有价值的参考。 关键词：离心泵 开式叶轮 数值模拟 试验研究 中图分类号：GH311 顶圆直径。 0 前言* 低比转速高速离心泵由于具有输送介质流量小 且连续，扬程高等特点，在炼油、石油化工和轻工 等领域有很广泛的应用。低比转速高速离心泵叶轮 结构有开式和闭式两种，闭式复合叶轮，虽然能使 泵具有稳定的扬程流量曲线，但扬程系数不高[1] 。 而开式叶轮使泵具有几乎连续不变扬程流量曲线， 图 1 离心泵结构简图 扬程系数较高，但效率较低。因此提高效率是开式 叶轮高速离心泵主要要解决的关键技术问题之一。 通过 CFD 技术模拟泵内流道流动情况来改善泵的 设计是提高离心泵效率的关键途径之一[2-5] 。然而， 目前对开式直叶叶轮离心泵的内流场研究还很少。 采用 S—A 湍流模型对开式离心叶轮流道的流动情 况进行了数值模拟，并对外特性试验结果作出了分 析比较。结果表明：提出的数值模拟方法能够较好 地模拟开式离心叶轮内流场的流动情况。总结出了 一些影响离心泵性能的因素及其变化规律。为改进 设计，提高泵的效率提供了有价值的参考。 1 数值模拟 图2 开式叶轮 1.1 数值计算条件 表1 开式叶轮高速离心泵的主要几何参数 mm 进行研究的高速离心泵及其开式叶轮结构形 进口 出口 进口 出口 喉部 基圆 顶圆 式如图 1 和 2 所示。表 1 是离心泵叶轮的主要参数， 叶片数 宽度 宽度 直径 直径 面积 直径 直径 Z ，D ，D ，b ，b 分别是叶片数，叶片进出口直径 1 2 1 2 b1 b2 D 1 D2 Z A D3 D4 和进出口宽度，A 是喉部面积，D3 ，D4 基圆直径和 10 4 44 190 8 7×7 196 210