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泵性能预测及研究

发布日期: 2011-10-28
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离心泵内的实际流动规律很复杂,还远没有被人们所认识,以至于迄今泵的设计仍停留在半理论、半经验的阶段。国内开发泵产品一般都要经过设计、试制、试验、改进的过程。(热水泵)这样一个繁琐过程,消耗了大量的时间,人力和财力。如果能够依据设计的泵叶轮、蜗壳等过流部件的几何参数准确地预测出泵的性能曲线,就能够大幅地减少泵的模型制作、试制、试验的费用并缩短设计和制造周期。目前泵性能预测的结果还不能完全满足工程应用的需要,因此对泵性能预测的深入研究具有重要的理论意义和社会经济效益。

     国内外研究现状: 长期以来,国内外学者对离心泵性能预测进行了大量研究,取得了不少成果,归纳起来主要有流场分析法、水力损失法和神经网络法。

     流场分析法流场分析法的实质就是建立离心泵内部流场特征和泵外特性之间的关系,是泵研究领域中一个重要的课题。主要包括两方面的问题:一是获得泵内部流场的特征;二是建立泵外特性与内部流场之间的关系。目前,国内外对前者所做的研究比较多,(高温泵)且取得了较丰富的研究成果,而对后者的研究则很少,处于起步阶段。

      离心泵内部流场的数值模拟包括对泵叶轮、吸入室和压水室内流场的模拟,并且为了保证性能预测的精度,一般都要进行全三维的数值模拟。由于泵内的流动一般都是湍流,而对湍流的数值模拟是CFD(计算流体力学)的一个难点,但同时又是一个热点,因此要对泵内流场进行准确的全三维数值模拟还有较大的困难。目前湍流的数值模拟方法主要有三种:一是直接模拟(DNS)。由于计算机速度和容量的限制,该方法在工程中还应用得较少。二是大涡模拟(Large EddySimulation)。该法通过某种滤波方法将湍流运动分解成高度各向异性的大尺度涡和大致各向同性的小尺度涡,对前者通过数值求解微分方程进行直接计算,而后者对前者的影响则通过近似模拟来处理。同直接模拟一样需要比较大的计算机容量和很快的处理器。三是雷诺(Reynolds)时均法,这是目前流体机械中采用的主要方法。该法将N-S方程对时间作平均,求解工翟中感糕趣妁时均量,(恒温泵)但需要用湍流模型来封闭方程组。K_e双方程湍流模型由于有较好精度和通用性且计算量又不太大,所以成为研究zui多、应用zui为广泛的模型之一。不管采用哪一种计算方法,所有的计算过程都是由计算机完成的、包括建模、网络划分、计算及流场分析等一系列过程。目前很多商业软件如FLUNT、STARCD、FIDAP都可以进行三维湍流计算,且具有一定的精度。

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