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摘 要

离心泵在当今的生产生活中必不可少，十分具有研究价值，本文着重于对离心泵内部流场及其外特性的分析研究，通过控制流量的改变对六叶片泵模型进行试验，在实验数据验证数学模型的基础上，通过改变流体流量及叶片数目采取数值模拟计算。

1. 通过Pro/e绘制离心泵三维模型，利用Flunent前处理软件Gambit，进行网格划分，将数据导入Fluent中对三维流场进行数值模拟，计算出各个物理参数的分布。
2. 通过Fluent软件，模拟出离心泵内部压力速度分布情况，分析泵中截面压力图，叶轮相对速度分布图和叶轮内部绝对速度分布图，根据模拟结果得出，离心泵内部压力的大小随流量的增大而减小，相对速度随着流量的增大而增大，绝对速度随着流量的增大而变化不大。将离心泵叶轮内叶片数量由5时增大至6片，离心泵内部压力变化不明显，相对速度明显减小，绝对速度也并不明显。
3. 从Fluent软件模拟结果中得出的流量，力矩，进口压力和出口压力数据进行计算，计算出扬程，轴功率和效率数值，绘制性能曲线，根据性能曲线得出，流量的增大使得离心泵的扬程减小，对力矩大小没有影响，效率在1.2Q与1.3Q间达到最大值。将离心泵叶轮内叶片数量由5时增大至6片时，扬程增大，对力矩没有较大影响，同时离心泵的效率呈现明显的增加。

关键词：离心泵；内部流场；性能；流量；叶片数量；

3D Modeling of Centrifugal Pump and Analysis of Inner Flow Field

ABSTRACT

Centrifugal pumps are an essential part in today's production life, and they are especially valuable. This paper focuses on internal flow field analysis and performance prediction, by controlling the flow and the leaf number to take experiments.

1. Establishing the three-dimensional model by using Pro/e, then meshing in gambit, taking numerical simulation of three-dimensional flow into Fluent to calculate the distribution of the various physical parameters.

2. Taking FLUENT software to simulate centrifugal pump profile pressure impeller relative velocity distribution map and impeller absolute velocity profiles, according to the simulation results, the size of centrifugal pump internal pressure decreases with the increase of flow rate, relative velocity with the increase of flow rate increases. The absolute speed along with the increasing of flow rate which have little change. When the number of the impeller of the centrifugal pump is increased from 5 to 6, the internal pressure of the centrifugal pump fluctuates, the relative speed obviously reduced, and the effect of absolute speed is not obvious.

3.Using Fluent software to take simulation results of flow, torque, the inlet pressure and the outlet pressure data, then, to calculate lift, shaft power and efficiency of the numerical to draw the performance curves. Due to flow rate increase, the head of the centrifugal pump reduced, on flow in from 1.2Q to 1.3Q, efficiency reached maximum value. Increasing the number of blades in a centrifugal pump impeller by 1 from 6, the head increases, the torque did not have influences. At the same time, the efficiency of the centrifugal pump presents significant growth.

Key words: centrifugal pump; internal flow; performance; flow; leaf number;

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 离心泵的结构 1

1.2 离心泵泵腔内部的流场分布 2

1.3 离心泵内部流场数值模拟研究现状 3

1.4离心泵内部流场数值模拟的发展方向 5

第二章 离心泵的三维建模 7

2.1 Pro/E软件的介绍 7

2.2 叶轮三维造型设计 7

2.3 蜗壳的造型研究 11

第三章 离心泵内部流场数值模拟方法 13

3.1 流体动力学的基本控制方程 13

3.2 湍流流动的数值模拟方法 15

3.3 离心泵叶轮网格划分 17

3.4 边界条件 17

3.4.1 进口边界条件 18

3.4.2 出口边界条件 18

3.4.3 固体壁面条件 18

3.4.4 周期性边界条件 19

第四章 离心泵内部流场分析和性能预测 20

4.1 离心泵内部定常流动分析 20

4.1.1 轴向截面压力图 20

4.1.2 相对速度分布图 23

4.1.3 绝对速度分布图 26

4.2 离心泵的性能预测 28

4.2.1 离心泵的扬程预测 28

4.2.2 离心泵的水利轴功率预测 29

4.2.3 离心泵的水力效率预测 29

4.2.4离心泵定常性能曲线 30

第五章 结论与展望 34

5.1 结论 34

5.2 展望 35

参考文献 36

致谢 39

第一章 绪论

在石油、化工、发电等经济活动的各个领域中，泵机械都有着普遍的应用范畴和用途。根据所查阅的资料，仅仅在发电行业，如果能优化泵的设计，提高运行效率，在电厂的水泵节约的电量就可以达到十几亿千瓦时每年。所用到的离心泵的主要工作特点是，利用叶轮旋转时产生的离心力输送液体，同时依靠叶轮高速旋转来使流体获得较大的动能。因为离心泵技术的不停的发展，应用范围变得越发的宽广，其应用也更大。因此，优化泵的设计和提高泵的运行效率对社会的可持续发展有着非常重要的意义^[1]，因为可以节省大量的能源和资源。离心泵的性能参数主要有流量、扬程、转速、效率、汽蚀余量等。

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