SolidWorks离心泵流场的实验分析与理论模拟+CAD图纸(3)
时间:2019-06-16 20:34 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
随着现在石油工业的飞速发展，离心泵的重要性也越来越明显。但是目前市场上离心泵存在一个普遍问题就是泵效率低下。因此，提高离心泵的运行效率，降低离心泵的电能消耗对提高企业的经济效益以及国民经济可持续的发展都具有重要的现实意义。 本课题以103型耐腐蚀塑料离心泵为研究对象，该泵广泛用于输送酸、碱、盐等腐蚀性液体。本课题的目的是通过PIV试验分析离心泵的内部流场，揭示离心泵瞬态流场的分布规律，然后运用FLUENT软件对离心泵内部流场进行模拟分析，从而改进泵的结构，提高泵运行效率，降低成本，节省能源。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 计算流体力学（CFD）的发展[3][4] 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门独立学科，其基本定义是通过计算机进行数值计算和图像显示，分析包括流体流动和热传导等相关物理现象的系统。CFD应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的计算机，编制计算机运用程序，数值求解满足不同种类流体的流动和传热规律的质量守恒、动量守恒和能量守恒三大守恒规律，以及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。 CFD技术的发展依托于计算机技术与数值计算方法的发展，CFD软件于20世纪70年代诞生于美国，但近十年才真正得到较广泛的应用。为了完成CFD计算，早期需要用户自己编写计算程序，但由于CFD的复杂性及计算机软硬件的多样性，使得用户各自的应用程序往往缺乏通用性，而CFD本身又有其鲜明的系统性与规律性，因此比较适合于被制成通用的商用软件。 随着CFD的不断发展，所有涉及流体流动、热交换、分子输运等现象的问题，几乎都可以通过计算流体力学的方法进行分析和模拟。CFD不仅作为一个研究工具，而且还作为设计工具在水利工程、土木工程、石油工程、天然气工程、环境工程、食品工程、海洋结构工程、工业园制造等领域发挥作用。 1.2.2 CFD技术在离心泵内部流场模拟研究的现状 CFD作为流体分析的新技术，在计算机高速发展的当代得到了突破性的发展，成为现代流体力学分析的主要手段，而对于泵内流场的数值模拟技术也得到了更加充分的发展。 Peter Hlbocan和Michal Varchola[5]就离心泵叶轮的几何形状对离心泵内部流场的影响做了相关的研究，他们将叶轮的几何形状通过三文软件建模，然后通过CFD软件进行模拟分析离心泵内部流场的变化情况，确定最佳叶轮形状。Svetlana Lugovaya和Pavel Olshtynsky[6]基于前人的基础上对离心泵中间阶段的导叶进行了重新的设计，导叶流场的实验分析结果表明，减少泵质量和尺寸特征有利于应用导向叶片ITZ以及在设计ITZ的导向叶片中，除了确定几何空间，叶片的形状、曲率和安装角度也有很重要的影响。张金凤[7]等人应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三文湍流场进行了数值模拟，研究结果表明在进口处注入高压水能有效改善回流发生时的流场速度分布，减弱回流强度，降低回流发生的关键流量点；但高压水的注入在设计流量和大流量范围内还会降低泵的扬程和效率。郭鹏程[8]应用标准κ-ε紊流模型加壁面函数法对离心水泵叶轮内部的三文紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析，实例表明用三文紊流数值模拟方法研究叶轮内部流场是改进和优化叶轮设计的一个重要手段。杨军虎[9]等人运用FLUENT数值模拟软件，在5种不同工况下分别进行数值模拟计算，得到叶轮流道内部压力和速度分布。王秀勇和王灿星[10]用CFD软件FLUENT对离心泵内部整个三文流场进行了数值模拟。张伟[11]等人采用ANSYS CFX 11.0软件、标准κ-ε湍流模型及SST湍流模型封闭雷诺平均方程，对低比转速离心泵叶轮在非设计工况下内部流场进行了三文定常湍流数值模拟，获取了离心泵叶轮内部流场结构。 (责任编辑：qin) |