双吸离心泵内流场数值模拟与优化设计

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双吸离心泵广泛应用于市政跨流域调水及供水、农业灌溉、电厂、钢厂及能源石化等领域,是一种耗能较大的设备。在我国资源消费需求不断增加,能源供给矛盾越来越突出的背景下,提高双吸离心泵的效率和运行稳定性对节能减排和环境保护具有重要的经济和社会意义。主要研究内容和成果如下:  (1)简要介绍了双吸离心泵的研究现状和发展趋势,根据实际需求对ES350-575型双吸离心泵的叶轮、压水室、半螺旋形吸水室进行水力设计,阐述设计过程及设计结果,绘制出水力图。  (2)应用Creo2.0软件对双吸离心泵流体域进行三维建模,结合Gridpro结构网格和Ansys CFX软件对全流场进行数值模拟,分析不同工况下双吸离心泵内部流动特性,泵在额定点的内部流场速度分布和压力分布较均匀,性能预测泵的扬程为108.05m,效率为85.47%,满足设计要求。  (3)双吸离心泵叶片包角分别设计为100°、110°、120°、130°、140°,应用定常数值模拟方法,分析了不同叶片包角对双吸离心泵扬程、效率的影响,得到了大小不同叶片包角的速度云图和压力云图。通过分析得双吸离心泵最佳叶片包角为1200,合理设计叶片包角,可以改善内流场的压力分布和速度分布,提高泵的扬程和效率。  (4)双吸离心泵的叶片交错角度分别设计为0°、10°、20°、30°,应用定常数值模拟方法,分析了不同交错角度对双吸离心泵扬程、效率的影响,得到了不同交错角度下的速度云图和压力云图;在定常模拟的基础上进行非定常模拟,对结果进行频域分析和时域分析,发现随着交错角度增加,双吸离心泵的压力脉动逐渐降低,内流场的压力分布和速度分布趋于均匀,最佳叶片交错角度为30°。  (5)ES350-575型双吸离心泵外特性试验研究,泵的性能曲线平坦,高效范围宽,数值模拟的性能与试验性能基本吻合,在设计工况点,扬程模拟值为108.05m,扬程试验值为107.95m,效率模拟值为85.47%,效率试验值为84.91%,数值模拟可以较准确地预测双吸离心泵的外特性。
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