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自吸泵内压力场数值的求解

直接求解离散控制方程组后得到的代数方程要占用大量的计算机内存,对计算机的硬件配置要求较高,故目前对于大多数工程场合还不适用。分离式求解法是指在一组给定代数方程的系数下,先保持其它变量为常数去迭代解一类变量,如此逐一求解各类变量,但分离式求解法的压力场无独立,对于泵内压力场无独立的方程无法对其进行求解;同时分离式求解过程中,只用了动量方程而未用到质量守恒方程。压力修正算法解决了这个问题,它利用质量守恒方程使假定的压力场随迭代的进行而不断改进,其核心思想是预测-改进。


在FLUENT软件中,主要有三种压力修正算法,分别为SIMPLE算法、SIMPLEC算法及PISO算法。对于混合网格,在稳态模拟中主要采用SIMPLEC算法与SIMPLE算法,两者的基本思路是一致的,不同点在于SIMPLEC算法在通量修正方法上进行了改进,从而加快了计算收敛的速度。


在ca88手机版厂的定常数值计算中,对于计算结果的精度及运算量进行综合考虑,速度和水泵压力的耦合使用隐式修正的SIMPLEC算法。正确的边界及初始条件是控制方程有确定解的前提,对于定常问题不需要初始条件,但是对于非定常问题必须需要设置初始条件。对于任何问题都必须给定边界条件,因为边界条件是在求解区域的边界上方程组有解应该满足的条件。


本文采用软件ANSYS.FLUENT14.0对外混式自吸泵正常工作时的内部流场进行模拟及水泵水力性能的预测,将其处理为不可压缩定常流动的完全湍流计算问题。正确的边界条件是计算结果有确定解的前提,所以设置边界条件必须谨慎。对于单相定常数值摸的边界条件设置主要包括以下三部分:

(1)旋转区域边界条件

叶轮边壁(叶片壁面、前后盖板壁面)。固壁边界与转动表面采用无滑移固壁条件,液体与转动体壁面如ca88会员登录叶轮一起做圆周运动,无轴向分量即法向速度为零,只有圆周分量。


(2)交界面interface的设置

包括:水泵叶轮与蜗壳的交界面、弯管与叶轮的交界面、蜗壳出口与气液分离室的交界面、前后盖板与蜗壳的交界面。


(3)进出口边界条件

速度入口、压力入口、质量入口是几个常用的的进口边界条件,因为S弯管进口的流量和面积为明确的数值,进口边界条按速度进口设定,对外混式自吸泵的弯管进口的湍动能和湍动能耗散。


(4)出口边界条件

自由出流和压力出口是常用两种的出口边界条件。泵内压力出口边界条件用于定义流动出口的静压当出现回流时常有较好的收敛速度;自由出流边界条件用于在解决流动问题之前,流动出口的流速和压力的详细情况还未知的场合,故ca88手机版厂外混式自吸泵的定常数值模拟采用自由出流边界条件。

图1:泵模拟结果与实验结果对比图

泵模拟结果与实验结果对比图

运用Creo三维造型软件,分别建立了改型前后自吸泵模型的三维模型。运用GAMBIT软件分别对其模型进行网格划分,从数值模拟的角度出发,抛开复杂的湍流机理,给出了时均化的Reynolds控制方程,建立了数学模型;选定利用FLUENT软件提供的湍流模型,确定边界条件和收敛条件。


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点击次数:  更新时间:2018-01-02 09:37:24  【打印此页】  【关闭