目 录

TOC \o "1-3" \h \z \u 第1章绪 论 1

1.1离心泵概述 1

1.2国内外离心泵研究概况 3

1.2.1传统的水力设计方法 3

1.2.2计算流体力学作用和应用 5

1.3离心泵内部流动研究概况 6

1.3.1概述 6

1.3.2损失模型法 7

1.3.3数值解法 7

1.4现代离心泵设计概念 8

1.5本文的研究内容 9

1.5.1目的和意义 9

1.5.2主要内容 10

第2章CFD基础与湍流理论 11

2.1计算流体力学的发展 11

2.2CFD数值模拟流程 12

2.3控制方程 13

2.3.1连续性方程 13

2.3.2运动方程 13

2.3.3能量方程 15

2.3.4通用方程 15

2.4湍流理论 16

2.4.1湍流雷诺方程 17

2.4.2湍流数值模拟方法简介 19

2.4.3涡粘模拟 20

2.4.4大涡模拟(LES) 24

2.5FLUENT中的湍流模型 25

2.6有限体积法 28

2.7FLUENT中的求解技术 29

第3章整机流体的三维数模 31

3.1整机流道造型的思路 31

3.2叶轮流体的三维数模. 32

3.2.1叶轮的水力模型 32

3.2.1非均匀有理化B样条方法 33

3.2.3叶轮流体的三维数模 35

3.3蜗壳流体的三维数模 36

3.4整机流体的三维数模 38

第4章整机流场模拟计算 39

4.1非结构化网格划分 39

4.1.1 Delaunay三角形化方法 39

4.1.2推进波面法 40

4.1.3基于栅格的方法 40

4.2边界条件的设置 41

4.2.1进口边界条件 41

4.2.2出口边界条件 42

4.2.3壁面边界条件 42

4.3叶轮和蜗壳内流体的耦合 44

4.3.1旋转坐标系方程 44

4.3.2多参考坐标系(MRF) 45

4.4湍流模型及计算方法 46

第5章整机流态分析及试验对比分析 47

5.1离心泵整机流态模拟结果分析 47

5.1.1额定工况下整机流场模拟结果分析 47

5.1.2额定工况下叶轮内流场模拟结果分析 48

5.1.3额定工况下蜗壳内流场模拟结果分析 53

5.1.4叶轮流体与蜗壳流体在流动过程中的耦合分析 56

5.2不同流量工况下流场的模拟对比分析 57

5.2.1不同流量工况下速度场 57

5.2.2不同流量工况下压力分布 60

5.3非额定流量工况下流场分析 63

5.3.1 0.6Q小流量工况下的流场分析 63

5.3.2 1.4Q大流量工况下的流场分析 65

5.4外特性参数预测计算 67

5.4.1扬程 67

5.4.2轴功率 68

5.4.3效率 68

5.5预测特性曲线与试验曲线的对比 70

5.5.1扬程——流量特性曲线对比 70

5.5.2轴功率——流量特性曲线对比 71

5.5.3效率——流量特性曲线对比 72

第6章结论与展望 73

6.1结 论 73

6.2展 望 74

参考文献 75

摘 要 I

ABSTRACT III

致 谢

绪 论

离心泵概述

离心泵是一种应用及其广泛的通用机械。技术史上第一台离心泵是公元前5世纪葡萄牙人在圣多明格铜矿中所用的排水离心泵。15世纪末意大利著名学者列奥那德·达芬奇(Leonardo da Vinci，1452-1519)就有利用离心力来提升水的设想。法国物理学家坦尼斯·巴本(Denis apin,1647-1714)在1689年制造出了离心泵的试验模型，1705年巴本又在试验泵的基础上加以改进，制造出第一台螺旋形压水室的多叶片式离心泵。在这以后的很长一段时期内离心泵实际应用却不多。在蒸汽机全盛的时代，使用的几乎全是容积式泵。随着高速原动机的出现，离心泵才得到了快速发展，成为应用最广泛的机械之一。随着离心泵的设计理论进一步发展完善和设计技术手段的不断提高，离心泵的功率从几瓦到数十万千瓦，转速高达每分钟数万转，单级扬程可达数千米，流量可达每秒数千立方米[1]。

泵是耗能的大户，据专家估计，泵的耗电量约占全国总耗电量的20%。因此，泵的节能是一项意义深远的大事。在我国，过去泵系统的能量损失很大，离心泵的调节，多采用阀门控制和启闭旁通等方法