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基于Fluent的离心泵二维流场数值模拟

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基于Fluent的离心泵二维流场数值模拟

谭宗柒;叶惠军;李灿灿

【摘 要】On the method of multiple reference frame (MRF) and using the

standard turbulent model, the simulation of two-dimensional flow fields of

the internal flow in centrifugal pump is carried out by using the software of

Fluent. We draw the velocity distribution and pressure distribution. The

results show that the flow, velocity and pressure distribution in the

impeller of a centrifugal pump are significantly different and asymmetric.

The numerical simulation method can reflect the complex flow in the

centrifugal pump and provide a theoretical basis for designing and

improving the inner flow of the pump.%使用Fluent软件,结合MRF法模拟了离心泵内流体的二维流动情况,采用标准的湍流模型,得出了离心泵内的速度分布图、速度矢量图、静压力和总压力图,结果表明离心泵叶轮内各通道的流量、流速及压力分布有明显的差异,表现出明显的非对称性,利用数值模拟方法能真实反映泵内部的复杂流动,为泵内流道的设计、改进提供了理论依据.

【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2011(033)006

【总页数】3页(P54-56)

【关键词】离心泵;二维流场;数值模拟;Fluent

【作 者】谭宗柒;叶惠军;李灿灿 【作者单位】三峡大学 机械与材料学院,湖北宜昌 443002;三峡大学 机械与材料学院,湖北宜昌 443002;三峡大学 机械与材料学院,湖北宜昌 443002

【正文语种】中 文

【中图分类】TH123

随着流体力学计算技术的迅速发展，数值模拟开始广泛应用于叶轮设计和流场分析中，而CFD是一种研究流体力学的数值模拟的有效方法.多重坐标系模型（Multiple Refernce Frame，MRF）的基本思想是把离心泵内流场简化为叶轮在某一个位置的瞬时流场，将非定常问题用定常方法计算.转子区域的网格在计算时保持静止，在惯性坐标系中以科氏力和离心力进行定常计算；而定子区域在惯性坐标系中进行定常计算.在两个子区域的交界面处交换惯性坐标系下的流动参数，保证交界面的连续性［1］.

离心泵是一种量大面广的机械设备，被广泛应用于各种水力机械中，包括给水排水及农业工程、工业工程、航空航天和航海工程、能源工程、车辆工程等.离心泵由于工况变化、结构设计等因素会造成运行时泵内流场的不对称性.

1 CFD模型控制方程

离心泵的内部流动属于定常不可压粘性流动，其N－S方程为［2］:

连续性方程

动量守恒方程

其中为雷诺应力张量. 由于RANS方程组不封闭，故引入k－ε模型来封闭:

式中，湍动黏度可以表示为vt＝；湍动能可表示为

2 建模及分析

使用Fluent软件的前处理程序Gambit分别生成叶轮、蜗壳的流动区域，再对叶轮、蜗壳的流动区域进行网格划分，然后利用Fluent导入.msh文件进行计算［3－6］.某型号离心泵部分参数见表1.

表1 某型号离心泵部分参数叶片进口直径／mm叶片出口直径／mm叶片数 转速／（r·min－1）140 220 5 1200

2.1 网格划分

叶轮流动区域:“Elements”对应的选项为“Tri”，对应的“Type”选项为“Pave”，相应的“Spacing”为1，共划分50464个网格；蜗壳流动区域:“Elements”对应的选项为“Tri”，对应的“Type”选项为“Pave”，相应的“Spacing”为2，共划分34192个网格.

图1 离心泵网格化及局部放大图

2.2 计算求解

采用压力速度耦合的半隐式求解，选择标准k－ε模型，经过418次迭代后控制方程收敛，得到离心泵模型速度分布图和压力分布图，如图2～5所示.

2.3 结果分析

水流从垂直于进口的方向以2m／s的速度进入叶轮，经过蜗壳的作用，从出口边流出.计算过程中流体的密度取1.225kg／m3，入口的压力为大气压101.325kPa，流体黏度1.7894×10－5 kg／（m·s）.

从图2和图3可以看出，叶轮流道内流场表现出明显的非对称性.其中靠近出口的叶轮通道液流速度约为14.7m／s，明显高于其他叶轮通道；与泵壳壁面距离最近的叶轮通道处的速度约为18m／s，高于相连的与泵壳壁面较远处的速度.总体上，随着叶轮与壁面距离的增大，流速也随之增大.同时，随着叶轮的旋转，叶轮倒叶相对位置的改变，叶轮出口流速也不断发生变化，导致叶轮内部流场表现出不对称、不稳定的状态.

从图4和图5可以看出，泵内静压和总压也表现出非对称性.由于叶轮旋转做功，叶轮内的静压随着流动方向逐渐增大.叶轮离泵壳较近的下区域附近，由于液流的动能转换成势能造成泵内静压达到最大，随着沿程的水力损失，静压力逐渐降低.同时，泵内的最大压力并不在出口处，而是在叶轮离泵壳较近的下区域附近，其主要原因是涡壳与水流相接触的壁面采用无滑移壁面条件，这样流体在涡壳壁面附近的速度极小，根据能量守恒定律，此处压力比出口处的大.

3 结 论

本文基于N－S方程和标准k－ε模型，利用Fluent对离心泵的二维流场进行模拟，绘制出了速度分布图、静压分布图、总压分布图.由于泵体结构的非对称性以及叶轮与泵壳间的小空隙，离心泵内压力、速度均表现出明显的非均匀性.从而可以得出，流场的非均匀性会导致泵体受力不平衡，对泵运行的稳定性有很大的不利影响.研究内容对离心泵的优化和改进有一定的指导意义.

参考文献:

［1］唐 辉，何 枫.离心泵内流场的数值模拟［J］.水泵技术，2002（3）:3－7.

［2］王福军.计算流体动力学分析［M］.北京:清华大学出版社，2004:120－123.

［3］王秀勇.离心泵流动特性的数值分析［D］.杭州:浙江大学，2007. ［4］吕培文.基于CFD离心泵数值模拟及性能优化［D］.上海:华东理工大学，2010.

［5］李进良，李承曦，胡仁喜，等.精通FLUENT6.3流场分析［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［6］陈乃祥，吴玉林.离心泵［M］.北京:机械工业出版社，2003.

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FLUENT模拟泵内部流动的设置教程

FLUENT模拟泵内部流动的设置教程

本教程以泵内定常流动数值模拟为例，详细讲述了如何应用FLUENT进行泵内

流计算以及如何应用FLUENT进行简单的后处理。

基本步骤：

1、启动FLUENT，选择3d求解器。

2、读入网格（×.msh）；

3、检查网格，确保最小体积为正，选择grid→check菜单；

4、缩放网格；

5、光顺/交换网格；

6、求解器设置；

7、设置计算模型；

8、设置运行环境，对于离心泵数值模拟一般不考虑重力；

9、设置转速单位；

10、定义材料，也可以进行自定义材料；

11、定义边界条件； 12、设置交界面；

13、设置求解参数；

14、监视残差；

15、初始化流场；

16、保存case文件；

17、开始迭代计算；

18、FLUENT后处理。

1、启动FLUENT，选择3d求解器。

启动后FLUENT界面如下图所示：

2、读入网格（×.msh），选择file→read→case菜单；

3、检查网格，确保最小体积为正，选择grid→check菜单。Check无误后才可以进行

下面的操作。

4、缩放网格，选择grid→scale菜单，弹出下图的对话框，直接输入Scale

Factors

点击Scale即可，一般缩小1000倍到毫米。由于FLUENT默认的单位是米，所以必须进行

网格缩放。

5、光顺/交换网格，选择grid→smooth/swap菜单，进入下面的界面；先点击Smooth，

然后点击Swap直至Number Swapped为0。

6、求解器设置，选择define→models→solver菜单，进入求解器设置界面，如下图所 示。一般定常求解设置为分离求解器、隐式算法、三维空间、稳态流动、绝对速度、压

力梯度为单元压力梯度计算；

7、设置计算模型，选择define→models→viscous菜单，弹出湍流模型选择对话框。

一般选用标准k-ε模型，进入k-ε模型设置界面，一般保持默认即可；

论文：基于fluent软件的冷、热水混合器内部二维流动数值模拟

论文：基于fluent软件的冷、热水混合器内部二维流动数值模拟

基于fluent软件的冷、热水混合器内部二维流动数值模拟

（xxx 中国矿业大学 江苏徐州 221116）

摘要：基于标准k-ε湍流模型，对冷、热水混合器的内部流动与交换传热 ,利用fluent软件进行了数值模拟。在该过程中，计算冷热水在混合器内流体的速度场、压力场等，同时分别对算例采用一阶离散化方法和二阶离散化方法进行模拟, 并对二者的结果进行比较分析。

关键词: 计算流体力学( CFD) ; 数值模拟; 冷、热水混合器。

Abstract:It is based on the standard k - epsilon turbulence model for cold and hot

water mixer internal flow and heat transfer, exchange by using fluent software is

simulated. In the process, the calculation of hot and cold water in the fluid velocity

field and pressure field in the mixer, etc., at the same time, make a distinction

between the first discretization method and second order discretization method is

simulated, and comparing the results of the analysis.

Key words：CFD；FLUENT；hot and cool water mixture；

一 、前言：

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,软件的核心部分是纳维—斯托克斯(Navier-Stokes)方程组的求解模块。用压力校正法作为低速不可压流动的计算方法,包括SIMPLE、SIMPLEC、PISO 三种算法，采用有限体积法离散方程, 其计算精度和稳定性都要优于传统编程中使用的有限差分法。而对可压缩流动采用耦合法, 即将连续性方程、动量方

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

魏佳广;张智宇;邵亮亮;杨成;赵福臣;刘立国;王强

【摘 要】By Pro/E, a simple model of impeller and 3-D models of the whole

impeller is built.The impeller internal flow field of AY centrifugal pump with

fluent is numerically simulated.The standard k-turbulence model and

SIMPLY algorithm are chosen by GAMBIT, the preprocessor of Fluent, flow

field of fluid are simulated by using commercial code Fluent.The speed of

centrifugal pump′s impeller and the pressure are analyed , the speed field

and pressure field in the entryway of centrif-ugal pump′s impeller are

got.The study shows numerical simulation method can really reflect the

complicated flow of blade in-terior and can provide theory basis for the

design and improvement of blade machine, The methodcan be applied in

engineer-ing practice .%借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型，利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟，采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法，利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模，模拟出叶轮内流场的流动规律，初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布，获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明，Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动，为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟 2

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟 2

・机械研究与应用・２０１３年第６期（第２６卷，总第１２８期）　研究与分析　

基于Ｆｌｕｅｎｔ的ＡＹ型离心油泵叶轮内流场数值模拟　

魏佳广　，张智宇　，邵亮亮　，杨　成　，赵福臣　，刘立国　，王　强　

（１．海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２；２．中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司，辽宁辽阳１１１００３　

３．海洋石油工程（珠海）有限公司，珠海广东５１９０５０；４．中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗　１５４１０２；　５．中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司设计研究院，辽宁葫芦岛１２５００１）　

摘要：借助Ｐｒｏ／Ｅ造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型，利用Ｆｌｕｅｎｔ流体分析软件对ＡＹ型　

离心油泵叶轮内流场进行模拟，采用标准ｋ－８湍流模型和ＳＩＭＰＬＹ算法，利用Ｆｌｕｅｎｔ前处理器ＧＡＭＢＩＴ网格建模，模　

拟出叶轮内流场的流动规律，初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布，获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。　

结果表明，Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动，为ＡＹ型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。　

关键词：叶轮；Ｆｌｕｅｎｔ；Ｐｒｏ／Ｅ；数值模拟；流场　

中图分类号：ＴＨ１２３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—４４１４（２０１３）０６－００１７－０４　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｉｍｐｅｌｌｅｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　Ｐｕｍｐ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｌｕｅｎｔ　

ＷＥＩ　Ｊｉａ－ｇｕａｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉ－ｙｕ　，ＳＨＡＯ　Ｌｉａｎｇ－ｌｉａｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ　，　

ＺＨＡＯ　Ｆｕ－ｃｈｅｎ　，ＬＩＵ　Ｌｉ－ｇｕｏ　，ＷＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ　

（Ｊ．Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｏｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，ＣＯＯＥＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５２，Ｃｈｉｎａ；