CFD軟件數(shù)值模擬分析
為了觀察GS型節(jié)能型高效中開(kāi)泵內(nèi)部流道流體的流動(dòng)情況和預(yù)測(cè)其性能,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。數(shù)值計(jì)算采用CFD軟件Ansys-Fluent,其后處理程序能得出的進(jìn)出口壓力、扭矩以及壓力云圖及流線圖、速度矢量圖等結(jié)果,依此對(duì)泵進(jìn)行性能預(yù)測(cè),以及觀察流體在泵流道內(nèi)部的流動(dòng)情況。
數(shù)值計(jì)算過(guò)程:三維造型—網(wǎng)格劃分—數(shù)值計(jì)算—后處理,
1、三維造型與網(wǎng)格劃分
1.1、三維造型
本次數(shù)值計(jì)算采用的三維造型軟件為UG 8.0,圖1.1為三維造型圖,圖中泵流道連接順暢、光滑。
圖1.1 三維流道造型圖
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1.2、網(wǎng)格劃分
數(shù)值計(jì)算的載體為網(wǎng)格單元,網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響數(shù)值計(jì)算結(jié)果的精度,本次數(shù)值計(jì)算采用的網(wǎng)格劃分軟件為Ansys-ICEM。在網(wǎng)格劃分過(guò)程中需對(duì)邊界進(jìn)行名稱(chēng)定義,其邊界包括進(jìn)出口、壁面、交界面。網(wǎng)格劃分完成,網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)的數(shù)量為3417543,圖1.2為網(wǎng)格劃分圖。
圖1.2 網(wǎng)格劃分圖
2、計(jì)算模型設(shè)置
數(shù)值計(jì)算的參數(shù)設(shè)置:
計(jì)算方法:穩(wěn)態(tài)。
求解方法:SIMPLE算法。
計(jì)算模型:標(biāo)準(zhǔn)κ~ε湍流模型。
邊界條件:進(jìn)口采用速度邊界,出口邊界設(shè)置為自由出流(outflow),葉輪前后蓋板、葉片、壓水室、吸入室壁面都設(shè)置為壁面邊界條件(wall)。
交界面:兩對(duì)(葉輪與進(jìn)水段,葉輪與出水段)。
參數(shù)設(shè)置完成后,對(duì)其進(jìn)行迭代計(jì)算,圖2.1為迭代計(jì)算圖。
圖2.1 迭代圖
3、流場(chǎng)分布
3.1、速度矢量圖
圖3.1為泵吸入室、壓水室、葉輪、葉片上流體的速度矢量分布圖,從圖中可以看出,流體進(jìn)入吸入室后,速度變化不大,但進(jìn)入葉輪后,由于葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使葉片對(duì)流體做功,流體的速度從葉片進(jìn)口到出口不斷增大,在壓水室中,由于斷面的不斷增大和壁面對(duì)流體的作用,速度從隔舌到出口逐漸減少,速度分布符合泵的運(yùn)行規(guī)律。
圖3.1 速度矢量圖
3.2、壓力分布圖
圖3.2為泵葉輪葉片與壓水室的壓力分布圖,圖中葉輪葉片上的壓力從進(jìn)口到出口呈梯形增大,葉片背面壓力明顯少于工作面壓力值,壓水室的隔舍處壓力值明顯少于其它位置的壓力值,這些符合伯努利方程和泵的內(nèi)部壓力分布規(guī)律。
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3.3、流線圖
水泵的流線圖能夠放映泵內(nèi)流體流動(dòng)是否流暢、順滑,泵內(nèi)是否存在漩渦以及滯留區(qū)域,從圖3.3中看,泵內(nèi)流體流動(dòng)順暢,不存在大面積的漩渦及滯留區(qū)域。
圖3.3 流線圖