CFD軟件數(shù)值模擬分析

　　為了觀察GS型節(jié)能型高效中開泵內(nèi)部流道流體的流動情況和預(yù)測其性能，對其進(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，依此對泵進(jìn)行性能預(yù)測，以及觀察流體在泵流道內(nèi)部的流動情況。

　　數(shù)值計(jì)算過程：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)格劃分過程中需對邊界進(jìn)行名稱定義，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(葉輪與進(jìn)水段，葉輪與出水段)。

　　參數(shù)設(shè)置完成后，對其進(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)流體流動順暢，不存在大面積的漩渦及滯留區(qū)域。

　　圖3.3 流線圖