【PumpLinx案例分享】低比轉(zhuǎn)速離心泵性能預(yù)測(cè)【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(huì)夏季會(huì)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(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵流場(chǎng)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(duì)比,以期改進(jìn)低比轉(zhuǎn)速離心泵流場(chǎng)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(duì)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(gè)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(zhǎng)等特點(diǎn),仿真難度較高。
低比轉(zhuǎn)速離心泵仿真難點(diǎn):
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小流量高揚(yáng)程
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狹窄流動(dòng)通道
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低流動(dòng)功率
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大摩擦面積
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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(dòng)等多個(gè)幾何細(xì)節(jié),這些幾何細(xì)節(jié)對(duì)整個(gè)流場(chǎng)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(gè)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(dòng)介質(zhì)為水,相應(yīng)的參數(shù)見下表所示:
參數(shù) |
值 |
介質(zhì) |
水(不可壓) |
密度 |
998 kg/m3 |
動(dòng)力粘度 |
1.004×10-3Pa·s |
體積模量 |
2.15×109Pa |
采用瞬態(tài)流場(chǎng)模擬,模擬的流量范圍為0—1500gpm。
仿真結(jié)果
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壓力分布
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流線圖
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密封間隙處速度矢量
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平衡孔處速度矢量
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275 gpm時(shí)相對(duì)速度矢量
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1000 gpm時(shí)相對(duì)速度矢量
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仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比--水頭
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仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行了瞬態(tài)流場(chǎng)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(dòng)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
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數(shù)值模擬中應(yīng)考慮所有重要的幾何特征。
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采用瞬態(tài)流場(chǎng)模擬。
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驗(yàn)證網(wǎng)格無關(guān)性。
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當(dāng)水力功率與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比時(shí),需考慮其他可能存在的損失。
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