FLUENT某潜水泵叶轮及搅拌机的流场分析(2)
1.2 国内外研究现状
1.3 研究问题及任务
本课题主要以计算流体力学的理论为基础，用FLUENT软件对一款潜水排污泵的内流场进行数值模拟，得到其流体域的压力场和速度场，然后根据总压计算该泵的流量扬程。同时详细阐述有限元建模过程，其中包括实体模型的建立，有限元模型的建立和网格的划分。简单介绍Fluent和Gambit两款软件的特点并学会使用。具体过程如下：
（1）根据图纸用ProE建立泵的三文实体模型；
（2）对模型进行简化，建立流体域有限元模型；
（3）用fluent前处理软件 Gambit来划分网格；
（4）将划分好的网格模型导入fluent软件，模拟出其压力场和速度场；
（5）计算流量扬程。
2 基本理论介绍
2.1 计算流体力学概述
计算流体力学主要用来模拟研究系统中流体流动、热传导等物理现象[4]。流体力学方程式、燃烧方程式、质能方程式、半经验公式等方程式用数学的方式被离散化，再配合时间、空间的差分，来模拟流场整个流场，这个过程可以总结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[5]。
2.2 流体控制方程
自然界中有质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律这三大大守恒定律，流体流动同样符合这些定律[5]。流体控制方程是数学来描述这些守恒定律的表达方式。质量守恒用连续方程来描述、动量守恒用Navier-Stokes 方程来反映、能量守恒用能量守恒方程来反映。
（1）质量守恒方程
质量守恒定律是指单位时间内流体微元体中增加的质量，等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量[6]。于是我们可以得出质量守恒方程：
在该式中，ƿ表示流体的密度，t表示时间，u、v和w表示速度矢量在x、y和z三个坐标轴方向上的分量。
（2）动量守恒方程
动量守恒定律是指微元体中流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和[7]。遵循这个规律，我们可以得到三个坐标轴方向的动量守恒方程：
（2）
在上式中， 表示速度矢量， 表示作用在微元流体上的压力， 表示因分子粘性作用而产生的作用在微元体表面上的粘性应力 的分量， 表示作用在微元体上的体力
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