无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场计算.doc
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无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场计算,全文8页2952字 叙述真切摘要 采用添加源项的方法，考虑旋转与曲率的影响对标准k-ε湍流模型进行修正，在压强连接的隐式修正法（simple-c）建立的压力速度校正方程基础上，用交替方向隐式法（adi）求解线性方程组，求解了无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场，揭示了该种泵的进口回流...
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无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场计算
全文8页2952字 叙述真切
摘要 采用添加源项的方法，考虑旋转与曲率的影响对标准k-ε湍流模型进行修正，在压强连接的隐式修正法（SIMPLE-C）建立的压力速度校正方程基础上，用交替方向隐式法（ADI）求解线性方程组，求解了无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场，揭示了该种泵的进口回流和出口二次流等流动特征。研究结果将对无过载离心泵的基于流场计算的优化设计有指导意义。
叙词：无过载 离心泵 湍流 计算流体动力学
3-D INCOMPRESSIBLE TURBULENT
FLOW CALCULATION IN THE
IMPELLERS OF NON-OVERLOAD
CENTRIFUGAL PUMPS
Yuan Shouqi Chen Chi Zheng Ming Li Yi
（Jiangsu University of Science and Technology）
Abstract By using the k-ε turbulent model modified to consider the curvature and rotation, applying SIMPLE-C algorithm to make pressure-velocity correction equation, utilizing Alternative Direction Implicit method to solve linear equations, the 3-D incompressible turbulent flow in the impellers of non-overloaded centrifugal pumps is computed. It shows that there exists back flow in the inlet and secondary flow in the outlet, etc., which will be supportive to the optimal design of non-overload centrifugal pumps on the basis of flow field calculation.
Key words：Non-overload Centrifugal pump Turbulent flow Computational fluid dynamics
0 前言
比转速在30（甚至更小）到80的低比速离心泵具有流量小、扬程高的特点。其轴功率特性曲线呈上升趋势，致使在运行时容易烧坏电动机。由于它广泛用于工农业生产中，因而造成了巨大的损失。文献［1］提出了一种无过载离心泵的设计方法，保证了在整个流量范围内轴功率不超过一个最大值，从而可防止电动机过载。它的理论基础是叶片出口安放角等于叶片出口绝对液流角。其叶片包角较普通离心泵要大，叶片弯曲较严重。
尽管在文献［1］中对无过载离心泵的设计做了详细的论述，但其内部流动特征尚未得到展示。文献［2］用边界层近似分析了有旋转和曲率的叶轮内二维湍流；吴玉林等人［3］计算了设计与非设计工况下的叶轮内湍流；文献［4］中采用了一种高级涡方法，经有限差分离散后求解了叶轮内二维非稳定流。鉴于国内外目前尚无成熟的计算模型，本文仍采用以雷诺时均法为基础的双方程湍流模式理论首次计算无过载离心泵叶轮内湍流。双方程模型考虑了两个湍流量的对流、扩散及其随时间的变化，能较真实地描述许多流动的主要物理特征，是近年来研究最深入、最广泛的模式之一。
参 考 文 献
1，袁寿其. 低比速离心泵理论与设计. 北京∶机械工业出版社，1997
2，毕志予，吴达人. 离心叶轮内二维湍流边界层的数值计算. 农业机械学报，1990，（1）∶83～89
3，Wu Y L, Dai J. Turbulence flow simulation through centrifugal pump impeller at design and off-design conditions. In∶ the 2??nd? Inter. Conf. Pumps Fans, Beijing, 1995∶155～167
4，Kmemoto，et al.Compute unsteady-calculation of two-dimension flow through a centrifugal impeller by an advanced vortex method. In∶ the 5th? Asian Inter. Confer. Fluid Machinery, Korea, 1997∶133～140
5，郭乃龙. 螺旋离心泵性能与内部三维不可压湍流流动及应用混沌∶［博士学位论文］镇江∶江苏理工大学，1997
6，陶文铨编著. 数值传热学. 西安∶西安交通大学，1988
7，Tourlidakis A.Numerical modeling of viscous turbo-machinery flows with a pressure correction method∶ ［Ph.D. Thesis］. England∶ Cranfield Univ., 1992
全文8页2952字 叙述真切
摘要 采用添加源项的方法，考虑旋转与曲率的影响对标准k-ε湍流模型进行修正，在压强连接的隐式修正法（SIMPLE-C）建立的压力速度校正方程基础上，用交替方向隐式法（ADI）求解线性方程组，求解了无过载离心泵叶轮内三维不可压湍流场，揭示了该种泵的进口回流和出口二次流等流动特征。研究结果将对无过载离心泵的基于流场计算的优化设计有指导意义。
叙词：无过载 离心泵 湍流 计算流体动力学
3-D INCOMPRESSIBLE TURBULENT
FLOW CALCULATION IN THE
IMPELLERS OF NON-OVERLOAD
CENTRIFUGAL PUMPS
Yuan Shouqi Chen Chi Zheng Ming Li Yi
（Jiangsu University of Science and Technology）
Abstract By using the k-ε turbulent model modified to consider the curvature and rotation, applying SIMPLE-C algorithm to make pressure-velocity correction equation, utilizing Alternative Direction Implicit method to solve linear equations, the 3-D incompressible turbulent flow in the impellers of non-overloaded centrifugal pumps is computed. It shows that there exists back flow in the inlet and secondary flow in the outlet, etc., which will be supportive to the optimal design of non-overload centrifugal pumps on the basis of flow field calculation.
Key words：Non-overload Centrifugal pump Turbulent flow Computational fluid dynamics
0 前言
比转速在30（甚至更小）到80的低比速离心泵具有流量小、扬程高的特点。其轴功率特性曲线呈上升趋势，致使在运行时容易烧坏电动机。由于它广泛用于工农业生产中，因而造成了巨大的损失。文献［1］提出了一种无过载离心泵的设计方法，保证了在整个流量范围内轴功率不超过一个最大值，从而可防止电动机过载。它的理论基础是叶片出口安放角等于叶片出口绝对液流角。其叶片包角较普通离心泵要大，叶片弯曲较严重。
尽管在文献［1］中对无过载离心泵的设计做了详细的论述，但其内部流动特征尚未得到展示。文献［2］用边界层近似分析了有旋转和曲率的叶轮内二维湍流；吴玉林等人［3］计算了设计与非设计工况下的叶轮内湍流；文献［4］中采用了一种高级涡方法，经有限差分离散后求解了叶轮内二维非稳定流。鉴于国内外目前尚无成熟的计算模型，本文仍采用以雷诺时均法为基础的双方程湍流模式理论首次计算无过载离心泵叶轮内湍流。双方程模型考虑了两个湍流量的对流、扩散及其随时间的变化，能较真实地描述许多流动的主要物理特征，是近年来研究最深入、最广泛的模式之一。
参 考 文 献
1，袁寿其. 低比速离心泵理论与设计. 北京∶机械工业出版社，1997
2，毕志予，吴达人. 离心叶轮内二维湍流边界层的数值计算. 农业机械学报，1990，（1）∶83～89
3，Wu Y L, Dai J. Turbulence flow simulation through centrifugal pump impeller at design and off-design conditions. In∶ the 2??nd? Inter. Conf. Pumps Fans, Beijing, 1995∶155～167
4，Kmemoto，et al.Compute unsteady-calculation of two-dimension flow through a centrifugal impeller by an advanced vortex method. In∶ the 5th? Asian Inter. Confer. Fluid Machinery, Korea, 1997∶133～140
5，郭乃龙. 螺旋离心泵性能与内部三维不可压湍流流动及应用混沌∶［博士学位论文］镇江∶江苏理工大学，1997
6，陶文铨编著. 数值传热学. 西安∶西安交通大学，1988
7，Tourlidakis A.Numerical modeling of viscous turbo-machinery flows with a pressure correction method∶ ［Ph.D. Thesis］. England∶ Cranfield Univ., 1992
