某立式离心水泵流场 PumpLinx数值模拟（一）

1    提取流体域

某公司提供了离心水泵内流场区域的CAD模型（如图2-1），该水泵由蜗壳、固定导叶、叶轮以及进口段组成，其中叶轮叶片数为9。

图2-1 水泵实体模型

2    几何模型导入

将上一步中创建的STL格式文件导入到PumpLinx之中，并对导入模型进行缩放（PumpLinx中采用标准的国际单位制，从UG或其它三维建模软件中导入的几何体长度单位单位均默认为m，如果在UG中是采用mm为单位进行建模的，那么模型导入之后要进行缩放，沿x,y,z方向各缩小1000倍）、切割（导入的几何体是一个完整的面体，需要根据不同用途将不同的边界分离出来，包括水泵的进出口、导叶面、蜗壳壁面等，以便定义边界条件）、合并（切割之后的若干面体也可以进行重新合并）等操作。最终将几何体定义为一个由若干流场边界形成的封闭区域，该区域中包含旋转区域，即叶轮区域，以及其他静止流场区域，旋转区域与静止区域之间由交界面分离。

图2-2 导入PumpLinx中的几何结构

3    网格生成

进口段、蜗壳流道、固定导叶区域、叶轮区域分别采用独特的二叉树方法生成正交性优良的笛卡尔网格，并在几何特征显著的地方（如大曲率的曲线、曲面处）进行加密和切割等处理，保证网格质量及高的解析度；在旋转区域即转动导叶区域与静止区域即进口段和静止导叶区域之间的交界面处，设置较小的网格单元尺度，保证在转静交互面处网格数量和密度能平稳过渡。最终生成的网格单元总数约为72万，其中叶轮区域网格总数为32万，导叶区域与蜗壳区域作为一个整体，共划分36万网格，进口段由于结构较为简单，流动也以层流为主，网格可以粗一些，不过在进口段与叶轮区域的交界处设置较小的网格尺度，保证了该处有较高的计算精度。划分好的网格如图2-3所示。

图2-3 计算域的网格划分

 图2-4转动导叶区域网格划分细节特征   

 图2-5转静区域交界面的网格细节特征

4    模型建立——选择离心泵模板

在Model模块中，选择Centrifugal模板，参数设置如下：

图2-6 泵模板参数设置

其中，导叶数，叶轮区域的旋转轴，以及旋转方向，转速单位等参数是固定的，其他参数则根据不同的计算工况具体设定。

计算模型的选择

在本算例中，选择以流动控制方程组(N-S方程组)为基础的Flow模型作为流动计算模型，选择Standard K-epsilon Turbulence模型作为湍流计算模型。

5    边界条件的设定

在对离心式水泵进行计算的情况下，共有三个边界需要指定：泵入口压力（设置为常压101325 Pa），出口流量（根据不同的计算工况指定），指定旋转表面。

6     工质属性

本算例中采用的工质为水，初始压力为101325Pa，密度为998kg/m^3 。动力粘度为0.001003Pa·S。

7    操作条件

 本算例要求模拟在给定转速，不同的出口流量对应的流场分布，并通过拟合扬程、功率、效率-流量的曲线对该离心水泵的流量-扬程、流量-功率、流量-效率特性进行预估。我们选取以下流量作为基础计算工况点，然后以这些工况下的计算结果为初场，改变入口压力，分析水泵的气蚀特性。

表2-1 水泵计算参数设置

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