【PumpLinx案例分享】低比轉(zhuǎn)速離心泵性能預(yù)測【轉(zhuǎn)發(fā)】

2018-04-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

背景

本文選自ASME 2014第四屆美歐聯(lián)合流體工程分會夏季會議,由濱特爾集團(tuán)(Pentair)的Tchavdarov博士提出,擬采用三種CFD商業(yè)軟件對低比轉(zhuǎn)速離心泵流場進(jìn)行數(shù)值模擬,并將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,以期改進(jìn)低比轉(zhuǎn)速離心泵流場數(shù)值模擬的仿真精度。但實(shí)際上,只有PumpLinx完成了該仿真工作,下文將對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

低比轉(zhuǎn)速離心泵以流量小、揚(yáng)程高為顯著特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于石油化工、水利電力、航空航天等各個領(lǐng)域。不同于高比轉(zhuǎn)速離心泵,低比轉(zhuǎn)速離心泵具有葉片出口寬度小、葉輪外徑大、葉輪流道狹長等特點(diǎn),仿真難度較高。

低比轉(zhuǎn)速離心泵仿真難點(diǎn):

• 小流量高揚(yáng)程

• 狹窄流動通道

• 低流動功率

• 大摩擦面積

• 大摩擦損失與機(jī)械損失

幾何

低比轉(zhuǎn)速離心泵的結(jié)構(gòu)當(dāng)中包括了平衡孔、密封間隙、泄壓管、泵殼與泵體間流動等多個幾何細(xì)節(jié),這些幾何細(xì)節(jié)對整個流場具有重要的影響,在仿真過程中應(yīng)該全部加以考慮。

流體域

利用CAD軟件從離心泵結(jié)構(gòu)中提取出流體域,并將流體域分為進(jìn)口、葉輪、蝸殼、密封間隙和底部流體域共五個部分,如圖所示。

網(wǎng)格

采用PumpLinx內(nèi)置的基于二叉樹算法的笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)生成,網(wǎng)格總數(shù)為1178459。

邊界條件與物性

邊界條件包括了進(jìn)口、出口和葉片轉(zhuǎn)速等,其中葉片轉(zhuǎn)速為1775rpm。

流動介質(zhì)為水,相應(yīng)的參數(shù)見下表所示:

采用瞬態(tài)流場模擬,模擬的流量范圍為0—1500gpm。

仿真結(jié)果

• 壓力分布

• 流線圖

• 密封間隙處速度矢量

• 平衡孔處速度矢量

• 275 gpm時(shí)相對速度矢量

• 1000 gpm時(shí)相對速度矢量

• 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比--水頭

• 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比--功率

由圖可見,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,具有很高的精度。

總結(jié)

采用PumpLinx對低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行了瞬態(tài)流場數(shù)值仿真,仿真過程中考慮了離心泵的平衡孔、密封間隙、泵殼與泵體間流動等眾多幾何細(xì)節(jié),仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。

幾點(diǎn)建議

• 數(shù)值模擬中應(yīng)考慮所有重要的幾何特征。

• 采用瞬態(tài)流場模擬。

• 驗(yàn)證網(wǎng)格無關(guān)性。

• 當(dāng)水力功率與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比時(shí),需考慮其他可能存在的損失。

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