導(dǎo)葉-蝸殼組合式消防離心泵全流場數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、消防泵作為消防防火的核心設(shè)施,對人民生命財產(chǎn)安全具有極其重要的作用。根據(jù)森林消防應(yīng)用領(lǐng)域的特點,通常期望消防泵的揚程特性曲線平坦,大流量區(qū)的揚程不會有大幅度的下降,小流量區(qū)的揚程曲線無駝峰、高效區(qū)寬、使用范圍寬；在操作方面,由于森林地區(qū)交通不便,電力供應(yīng)匱乏,火點分散等特點,要求消防泵具有便攜,高效的特點。因此,消防泵在水力性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計均提出了較高的要求,研究消防泵內(nèi)部流動機理及其水力性能影響因素,為消防泵的設(shè)計提供參考依據(jù)。

2、　　 本文是在前人對消防泵理論和試驗研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)用CFD技術(shù),通過理論分析,數(shù)值模擬及試驗,對導(dǎo)葉-蝸殼組合式消防離心泵外特性預(yù)測進(jìn)行了分析,主要研究成果和結(jié)論如下:
　　 1、簡要介紹了CFD基本的理論,并給出了泵靜止部件與轉(zhuǎn)動部件在CFD求解過程中使用的控制方程,編寫了泵進(jìn)口圓截面上的速度分布UDF源程序,替代以往泵數(shù)值計算過程中使用進(jìn)口平均流速的方法,使得泵進(jìn)口處速度分布更符合實際。
　　 2、泵的計算域由葉

3、輪、蝸殼、導(dǎo)葉、前腔和后腔等組成,對計算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,基于不同網(wǎng)格尺寸進(jìn)行對比分析,在設(shè)計工況下,網(wǎng)格尺寸為1.0mm、1.2mm、1.4mm、2.0mm時預(yù)測效率分別為68％、67％、67％、66％；預(yù)測效率偏差僅為2％,確定了數(shù)值計算所選用的網(wǎng)格數(shù)量。
　　 3、采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、SST k-ω湍流模型預(yù)測效率分別為64.51％、66.45％、63.67％、63.3

4、2％,確定了計算湍流模型,并對泵內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 4、在表面粗糙度R=0.05mm～0.2mm范圍內(nèi),對泵外特性受表面粗糙度的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)揚程隨粗糙度的變化而變化。結(jié)果表明:隨著表面粗糙度的增加,泵揚程特性曲線呈現(xiàn)平行下移趨勢,在R=0.1mm時,預(yù)測揚程曲線與試驗揚程曲線較吻合,此時,試驗效率曲線比較接近R=0.05mm與R=0.1mm的預(yù)測效率曲線。
　　 5、采用非定常算法對導(dǎo)葉-蝸殼組合

5、式消防離心泵的全流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并在模擬過程中設(shè)置了不同的時間步長進(jìn)行計算,研究了泵的揚程、效率隨時間的周期性變化,時間步長對泵外特性的影響以及葉輪轉(zhuǎn)動角度對泵內(nèi)流場的影響。
　　 6、通過數(shù)值模擬和試驗的對比分析表明,在全流場模擬的基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)較吻合,驗證了數(shù)值模擬在泵性能預(yù)測方面的可行性。
　　 本文通過理論分析、數(shù)值模擬及外特性試驗對導(dǎo)葉-蝸殼組合式消防離心泵進(jìn)行了研究,探討了湍流模型、網(wǎng)格尺