葉片出口角對流體流動和離心泵性能的影響
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- 葉片出口角對流體流動和離心泵性能的影響I.引言
近年來, 利用 CFD工具對離心泵的流場進行分析, 并對性能參數進行預測, 得到了廣泛的應用。為了提高離心泵的性能, 人們不斷地進行研究。在提高這些泵的性能方面仍有許多未知問題需要調查。一些關鍵工作是基于泵幾何形狀的變化, 特別是葉輪和擴散器。由于葉輪是為流體提供能量的運動部件, 其幾何形狀在離心泵性能中發揮著重要作用。葉輪幾何形狀的任何修改都會對葉輪入口或出口速度三角形產生影響, 這可能會導致顯著的性能變化。本研究考察了不同葉片出口角度對離心泵性能的影響 [4]。特別是用實驗驗證這樣的參數是相當困難和昂貴的。因此, 基于數學建模的數值模擬是首選的, 也是更有用的。對離心泵流量模擬進行了幾項研究工作。M. G. PATEL 等人 [4] 研究了葉輪葉片出口角對離心泵性能的影響, 利用 MATLAB 編程對 GULICH 提出的模型進行了計算, 發現泵的效率和水頭都隨著時間的升高而提高。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, 研究了葉片出口角對標準工業離心油泵性能的影響, 發現對軸承、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, 各種葉片出口角度對離心泵工作條件的影響, 研究結果表明, 當出口角增大時, 離心泵的性能處理粘性流體得到改善。利用 CFD工具對劉厚林等人進行了研究, 研究了葉片數對離心泵特性的影響, 研究結果表明, 葉片數對葉片后面低壓區的面積有重要影響。進氣口和噴射式尾流結構葉輪。周等人 [16] 使用CFD 研究了通過離心泵葉輪的內部流動。結果表明, 與直葉片泵相關的預測結果優于直葉片泵, 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重要的作用。葉輪幾何形狀的任何變化都會對葉輪入口或出口速度三角形產生影響, 這可能會導致顯著的性能變化。葉片出口角的變化對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計, 在卷筒和其他幾何參數保持不變的情況下, 研究了其對流場參數 (速度和壓力) 和湍流強度的影響。, 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。采用標準 k-ε方程模型對穩定不可壓縮流動進行湍流閉合。計算流體力學分析表明, 葉片出口角對離心泵頭、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是在 GAMBIT 軟件上進行的, 泵的各個部件都是單獨設計的, 并且都是組裝的。葉片輪廓是在引入的坐標的幫助下生成的, 一個單一的刀片輪廓被制成, 然后刀片通過在360°/z 角度上的進一步旋轉來排列, z 是葉片的數量。為了產生葉輪在裹尸布體積內的體積, 必須從裹尸布體積中減去葉片體積, 獲得一個旋轉體積, 它受到葉輪入口表面、出口表面以及輪轂和護罩表面的限制, 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。該卷通過裝配一個對稱截面的外殼, 從0°開始, 從360°開始, 以360°為終點 (當舌頭位于時), 并在徑向釋放圓錐管。...
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