葉片出口角對(duì)流體流動(dòng)和離心泵性能的影響
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- 葉片出口角對(duì)流體流動(dòng)和離心泵性能的影響I.引言
近年來, 利用 CFD工具對(duì)離心泵的流場(chǎng)進(jìn)行分析, 并對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè), 得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高離心泵的性能, 人們不斷地進(jìn)行研究。在提高這些泵的性能方面仍有許多未知問題需要調(diào)查。一些關(guān)鍵工作是基于泵幾何形狀的變化, 特別是葉輪和擴(kuò)散器。由于葉輪是為流體提供能量的運(yùn)動(dòng)部件, 其幾何形狀在離心泵性能中發(fā)揮著重要作用。葉輪幾何形狀的任何修改都會(huì)對(duì)葉輪入口或出口速度三角形產(chǎn)生影響, 這可能會(huì)導(dǎo)致顯著的性能變化。本研究考察了不同葉片出口角度對(duì)離心泵性能的影響 [4]。特別是用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這樣的參數(shù)是相當(dāng)困難和昂貴的。因此, 基于數(shù)學(xué)建模的數(shù)值模擬是首選的, 也是更有用的。對(duì)離心泵流量模擬進(jìn)行了幾項(xiàng)研究工作。M. G. PATEL 等人 [4] 研究了葉輪葉片出口角對(duì)離心泵性能的影響, 利用 MATLAB 編程對(duì) GULICH 提出的模型進(jìn)行了計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)泵的效率和水頭都隨著時(shí)間的升高而提高。在葉片出口角度增加。W. G. LI [5] 通過在不同粘度條件下的試驗(yàn), 研究了葉片出口角對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)離心油泵性能的影響, 發(fā)現(xiàn)對(duì)軸承、軸功率和效率的影響是相等的。M. H. SHOJAEE 等 [13] 研究了在處理粘性流體時(shí), 各種葉片出口角度對(duì)離心泵工作條件的影響, 研究結(jié)果表明, 當(dāng)出口角增大時(shí), 離心泵的性能處理粘性流體得到改善。利用 CFD工具對(duì)劉厚林等人進(jìn)行了研究, 研究了葉片數(shù)對(duì)離心泵特性的影響, 研究結(jié)果表明, 葉片數(shù)對(duì)葉片后面低壓區(qū)的面積有重要影響。進(jìn)氣口和噴射式尾流結(jié)構(gòu)葉輪。周等人 [16] 使用CFD 研究了通過離心泵葉輪的內(nèi)部流動(dòng)。結(jié)果表明, 與直葉片泵相關(guān)的預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)于直葉片泵, 表明雙葉片泵的效率將大于直葉片泵。從這些研究中可以明顯看出, 葉輪是為流體增加能量的活性部分;其幾何形狀在離心泵的性能中起著至關(guān)重要的作用。葉輪幾何形狀的任何變化都會(huì)對(duì)葉輪入口或出口速度三角形產(chǎn)生影響, 這可能會(huì)導(dǎo)致顯著的性能變化。葉片出口角的變化對(duì)離心泵的性能有非常重要的影響。本文研究了三種不同出口葉片角度的葉輪設(shè)計(jì), 在卷筒和其他幾何參數(shù)保持不變的情況下, 研究了其對(duì)流場(chǎng)參數(shù) (速度和壓力) 和湍流強(qiáng)度的影響。, 以及離心泵的性能。為此, 利用 FLUEN cfd 碼模擬了雷諾平均納維爾-斯托克斯 (rans) 方程的三維解。采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε方程模型對(duì)穩(wěn)定不可壓縮流動(dòng)進(jìn)行湍流閉合。計(jì)算流體力學(xué)分析表明, 葉片出口角對(duì)離心泵頭、輸出功率和效率都有影響。
II.PUMP GEOMETRY MODELING
Figure 1 Centrifugal pump geometry modeled using GAMBIT(使用 GAMBIT 建模的離心泵幾何形狀)
The centrifugal pump geometry development is carried out on GAMBIT software the various components of the pump are designed individually and all are assembled. The blade profiles are generated with help of coordinates that have been introduced, a single blade profile is made and then the blades are arranged by further rotating over an angle 360°/z , z is number of blades. For generating the volume of impeller inside the shroud volume, the blade volume must be subtracted from the shroud volume, a single rotational volume is obtained, it is limited by the impeller inlet surface, outlet surface, and hub and shroud surfaces, including the blade passage. [2]
II.泵的幾何模型
離心泵的幾何形狀開發(fā)是在 GAMBIT 軟件上進(jìn)行的, 泵的各個(gè)部件都是單獨(dú)設(shè)計(jì)的, 并且都是組裝的。葉片輪廓是在引入的坐標(biāo)的幫助下生成的, 一個(gè)單一的刀片輪廓被制成, 然后刀片通過在360°/z 角度上的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)來排列, z 是葉片的數(shù)量。為了產(chǎn)生葉輪在裹尸布體積內(nèi)的體積, 必須從裹尸布體積中減去葉片體積, 獲得一個(gè)旋轉(zhuǎn)體積, 它受到葉輪入口表面、出口表面以及輪轂和護(hù)罩表面的限制, 包括葉片通道。[2]
The pump dimensions are shown in the table 1. The volute is modeled by assembling a casing of symmetrical cross section beginning from 0° ending at 360° (when a tongue is located) and a conic pipe discharging in radial direction.
泵的尺寸見表1。該卷通過裝配一個(gè)對(duì)稱截面的外殼, 從0°開始, 從360°開始, 以360°為終點(diǎn) (當(dāng)舌頭位于時(shí)), 并在徑向釋放圓錐管。...
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