離心油泵粘油流動與性能的數值計算.pdf

1、本文研究課題為蘭州理工大學2002年學術梯隊及特色研究方向資助項目的的一部分。 離心油泵在我國石油、石油化工流程中廣泛應用。離心油泵的性能計算和內部粘油流動特性的掌握對提高泵水力設計水平和性能優(yōu)化有著重要工程實際意義和學術價值。但是目前針對離心油泵性能和內部粘油流動的數值計算研究還比較少。作為嘗試，本文利用CFD軟件FLUENT6.1對一臺用于LDV流動測量實驗的全離心油泵內部三維粘性流場進行了數值計算。計算中，分別改變工況和粘

2、度。為了掌握和驗證FLUENT計算精度，對二維靜止葉柵、旋轉的矩形擴散流道、帶吸入管的實驗離心泵葉輪內部三維粘性流動分別進行了計算，得到了流動分離、壁面剪切應力、二次流、射流-尾流和水力損失等信息，分別將葉輪揚程系數、葉片壓力系數與相應的試驗數據進行了對比分析。研究表明： (1)應用標準k-ε紊流模型計算葉柵流動時，網格數目對計算結果有影響，收斂殘差大小對結果沒有影響；壓力系數平均相對誤差約為15％。 (2)計算得到的旋

3、轉擴散矩形流道內的相對速度剖面演化規(guī)律與試驗結果基本吻合，得出的射流—尾流結構、不同斷面內二次流的變化規(guī)律以及工況對它們的影響均與試驗結果較為吻合。 (3)計算的離心泵葉輪揚程系數與試驗結果的相對誤差小于6％，計算的葉片表面壓力系數的分布與實驗數據十分吻合；葉輪內部的水力損失是主要的，進口管內部的水力損失是次要的，且葉輪內部的水力損失隨流量變化規(guī)律與進口管水力損失隨流量變化明顯不同。 (4)在軸面內，在前蓋板轉彎處，存在

4、高速區(qū)、低總壓、低靜壓區(qū)；在后蓋板處，存在低速區(qū)、高總壓、高靜壓區(qū)。在軸垂面內，葉片之間的低速區(qū)和高壓區(qū)都在葉片的工作面，高速區(qū)和低壓區(qū)都在葉片的背面。隨著流量的減小，低速區(qū)范圍擴大，高速區(qū)范圍縮小。葉輪揚程的提高主要靠葉片壓力面相對速度的降低造成的。 (5)在設計工況，水力損失主要發(fā)生在葉片工作面、葉片尾部和前蓋板內表面；在小流量工況下，水力損失主要發(fā)生在葉片背面、葉片頭部和前蓋板內表面。 (6)得出的離心油泵性能曲線