东莞南方水泵丨阐述双流道泵的三维实体造型与数值模拟

以前判断设计好双流道泵的内部流动情况和性能优劣，只能是在生产出样机后进行试验测量。现在利用CFD计算程序，在三维造型之后就可以进行泵内流场数值模拟及性能预测，并可以根据数值模拟结果反复修改设计，以达到较佳设计效果。
根据双流道泵叶轮内部流动的特点，对流动做如下假设：流体在流动过程中不可压缩；流动参数时均值不随时间变化，即为定常流动。建立同叶轮同步旋转且Z轴与叶轮轴线重合的旋转直角坐标系(x，y，z)，以时均化的N-S方程为控制方程，并通过坐标转换将其变换到任意曲线贴体坐标系中，以考虑旋转和曲率影响的修正的k-e方程为湍流模型，对双流道栗叶轮内三维湍流流动进行CFD分析。
1、边界条件
(1)进口条件：在计算域的进口给定速度值和方向，湍动能按来流平均动能的0.5%给出。
(2)出口条件：在计算域的出口采用局部单向化处理，即在出口截面上速度、湍动能和耗散率的法向导数为零。
(3)固壁条件：在计算域的固体壁面上使用无滑移固壁条件，即u，v，w=0。在近壁区，由于当地雷诺数较小，在充分发展湍流区推得的k-e湍流模型使用受到限制，采用壁面函数法。
2、数值模拟结果
在设计工况下，双流道泵叶轮内部流动计算结果如图4和图5所示（P75和P90分别表示平行与叶轮进口平面且距叶轮进口平面为75mm和90mm的截面，SO和S90分别表示0°和90°位置处的轴截面)。
南方水泵厂由计算结果分析可得：从叶轮的进口到出口，相对速度和静压逐渐增加；同一半径处从叶片的压力面到吸力面相对速度逐渐增大，静压逐渐减小；较大静压出现在叶轮出口靠近压力面的位置；较低静压出现在叶轮进口靠近吸力面的位置；由于双流道泵叶片数少，流道弯曲严重，在流道末端产生脱流和二次流现象。除此以外，全区流场分布较好，在吸力面侧没有分离区的产生，说明水力设计是成功的。反之，可根据计算结果找出流场分布不理想的区域，以数值计算的结果反过去修正原有的水力设计，改进流道形状，使流动较趋于合理。这对于双流道泵的优化设计和性能提高将是十分有意义的。
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