CFD軟件Fluent在多級泵內部流場數值分析中的應用

摘要：隨著我國經濟實力的不斷上升，計算機信息化水平也我國多個領域有著廣泛的應用，本文則主要分析多級泵內部流場中CFD軟件Fluent對其的應用，經研究得知，采用這種數值計算方法改型優化，提高多級泵內部流場分析效率，也是計算流體力學和計算機技術的一大融合，值的推廣和應用。

關鍵詞：Fluent；多級泵；內部流場；數值分析；

在石化、農業、礦業及電業等領域都涉及多級泵，因它自身揚程高，占地小等優點而被廣泛應用。對多級泵內部流動規律進行分析，多提高多級泵的運行和設計有著現實意義。隨著計算機技術的不斷發展，采用數值來分析多級泵內部流場，并預測了效率和揚程，這些都為多級泵內部流場分析，及提高效率和改型優化起到參考價值作用。本文就利用CFD軟件Fluent對多級泵內場速度和壓力進行三維數據模型，并加以對比分析。

1. Fluent相關概述

目前國際上比較流行的商用CFD軟件包則是Fluent，在美國的市場占有率為60%。凡是流體、熱傳遞和化學反應有關的工業領域都是涉及。其自身豐富的物理模型，先進的數值方法和強大的前后處理功能，讓它在汽車設計、航空航天及石油天燃氣等方面都有廣泛的應用。Fluenth系列軟件包括通用的CFD軟件FLUENT、POLYshy；FLOW、FIDAP，CFD教學軟件FlowLab，工程設計軟件FloWizard、FLUENT for CATIAV5，TGrid、G/Turbo。

Fluen軟件包含非常豐富，經過工程確認的物理模型，高超音速流場、轉捩、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流、旋轉機械、動/變形網格、噪聲、材料加工等復雜機理的流動問題都可進行模擬。這款軟件有以下幾個特點：1）適用面廣；各種物理模型都可優化，如：輻射模型，相變模型，反應流模型，離散相變模型，計算流體流動和熱傳導模型，多相流模型及化學組分輸運。它的數值解法好可適用于每一種物理問題的流動特點，用戶可自行選擇它的顯示或隱式差分格，在計算速度、精度及穩定性方面都可達到效果最佳。2）高效省時；不同領域的計算軟件都通過Fluent組合了起來，成為一種CFD計算機軟件群，軟件之間可以采用統一的前、后處理工具，還可方面地進行數值交換。這樣一來科研工作者的計算方法給有效省卻了，甚至在前后處理等方面投入的重復而又低效的勞動都給一并省略了，可以專心致志的將精力放在物理問題本身的探究上。與傳統的CFD計算方法相比，Fluent還有以下優點：可提高精度，可達二階精度；穩定性好，經過大量算例考核，同實驗符合較好。

2.多級泵內部流場數值分析中CFD軟件Fluent的應用

2.1.數值模擬方法

2.1.1.幾何模型

2.1.2. 計算方法

對多級泵的流動模擬，為了要適應它的強旋轉流，特運用了三維雷諾時均N-S方程，還可對它的彎曲壁面臨進行計算。采用多重參考坐標系（ MRF） 模型是為了解決進水室中導葉和旋轉葉輪和其動靜之間相互干擾的現狀。葉輪在某一位置的瞬時流場把多級泵內流場給簡化了。采用SIMPLEC 算法來計算壓力和速度，而采用標準差分格式則是計算壓力頂。對湍動能耗散率項和動量項的計算則采用二階迎風差分格式。

2.2. 內部流動分析

多級泵軸絕對速度分布。進水室流體因進水管中流速較慢的原因也產生了分布較為均勻的現象，第一級葉輪隨著進水室流體的上半部分高于下半部分，而流體隨著葉輪也在逐漸增大，以致進入導葉后流速不斷降低，后來第一級的速度變化規律和后面三級都相同。在出水室中上半部分流速較下半部分大，不僅流速較低，分布也極為不均勻，還有少許滯留現象出現在下方。速度分布較為均勻的則是在泵出水管處。

2.3.壓力分析

第一級葉輪、正反導葉中截面靜壓的分布。第一級葉輪進口處靜壓值已經較小，葉片背面存在著明顯的低壓區。產生這種現象的原因是此位壓力低，流速大，還是在流道轉彎內壁，其半徑也比流體轉彎時離心力效應大，但此區域及容易產生氣蝕現象。葉輪各流道內靜壓值隨著流體在不停對葉輪旋轉做功變得越來越大，但正導葉則發布會了擴散作用，對流體進行了疏散，使其轉換為壓能。

3.結語

綜上所述，在多級泵內部流場數值分析中對CFD軟件Fluent的應用進行了分析，研究了多級泵內部流場的壓力分布和規律，研究結果顯示，在首級葉輪葉片背面進口稍后處不僅最容易出現氣蝕現象，且此處的靜壓值也最低，因為那里流動狀況較復雜，且存在局部低壓區，所以經研究表明，對多級泵的性能預測采用Fluent是可行的，不僅縮短設計時間，還可有效降低實驗成本，值的推廣和應用。

參考文獻：

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