基于CFD的离心泵口环间隙流动研究

叶轮口环对离心泵的性能有着重要影响。口环间隙的存在不仅产生了容积损失,还改变了离心泵内部的流动结构,从而对离心泵的整机性能以及轴向力和径向力产生重要影响。但是由于口环间隙尺寸较小,流动非常复杂,研究较为困难,所以以往的流动分析大多基于实验方法考虑口环间隙对整机性能的影响,而基于CFD的数值模拟通常都忽略口环间隙的存在,因此采用数值模拟方法对包含口环间隙的整机流动进行深入的研究有着非常重要的意义。 本文使用CFD商业软件FLUENT,采用结构化/非结构化的混合网格类型,以三维时均N-S方程和标准的k ?ε两方程湍流模型为基础,采用SIMPLE算法,对不同口环间隙下的离心泵整机进行了三维数值模拟,其中口环间隙的变化分为三种:一是前后口环间隙同时变化;二是仅前口环间隙变化,后口环间隙保持不变;最后一种是仅后口环间隙变化,前口环间隙保持不变。 本文比较了三种情况下离心泵的外特性曲线以及内部流场结构,分析了口环间隙变化对离心泵整机性能、内部流动以及轴向力和径向力的影响。研究表明,随口环间隙增大,泵的性能均有所下降,其中以前后口环间隙同时变化对离心泵的性能影响最大,仅前口环间隙变化时次之,仅后口环间隙变化时对泵的影响最小;轴向力随间隙增大而增大,分析认为,影响轴向力变化的主要因素是前口环间隙的变化;径向力随口环间隙的变化不大。