離心泵性能分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2025-12-31
離心泵性能分析的視頻教程
基于MRF方法的離心泵與誘導(dǎo)輪仿真分析
1.應(yīng)用MRF方法對帶蝸殼和誘導(dǎo)輪的離心泵仿真全過程； 2.CFD-post后處理過程； 3.網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證過程； 4.流量-揚(yáng)程曲線獲取方法； 5.提供源文件與后期答疑
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仿真干貨｜云端CAE實(shí)戰(zhàn)——ANSYS FLUENT 蝸殼離心泵仿真分析
SimForge?高性能仿真云平臺， 邀您開展ANSYS FLUENT仿真計(jì)算！ 前處理→求解→后處理， 1個視頻，用“蝸殼離心泵仿真分析”案例， 帶您從0開啟全流程高性能仿真云端實(shí)戰(zhàn)！
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離心泵性能分析的實(shí)例教程
一、模型說明
本案例基于ANSYS 2019R3 Workbench平臺，通過BladeGen軟件對離心泵葉輪水體進(jìn)行建模，導(dǎo)入TurboGrid自動完成高質(zhì)量六面體網(wǎng)格劃分；蝸殼水體通過ANSYS Meshing自動劃分非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格；
拖拽CFX模塊，連接B2單元和C2單元，導(dǎo)入離心泵葉輪網(wǎng)格模型；連接D3單元和C2單元，右鍵更新D3單元，完成蝸殼和葉輪網(wǎng)格模型裝配；
雙擊C2單元啟動CFX-Pre，右鍵單擊葉輪模型通過“Transform Mesh”生成完整葉輪模型；
二、分析設(shè)置
定義計(jì)算域
右鍵單擊蝸殼模型插入靜止流體域命名“Volute”，鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Location”黃色區(qū)域，在圖形區(qū)域左鍵選擇蝸殼水體，并完成計(jì)算域設(shè)置；
選擇“Default Domain”右鍵重命名為“Impeller”，雙擊進(jìn)行轉(zhuǎn)動域設(shè)置界面，定義材料-Water，相對壓力-0atm，轉(zhuǎn)速-1450RPM，以及轉(zhuǎn)軸-Z軸；關(guān)閉傳熱模型，設(shè)置湍流模型為SST（Shear Stress Transport）；
定義邊界條件
選擇“Impeller domain”右鍵插入入口邊界命名“Impeller Inlet”位置選擇“Entire INBlock INFLOW”；
設(shè)置入口相對壓力1bar；
選擇“Volute domain”右鍵插入出口邊界，設(shè)置出口邊界質(zhì)量流率77.5kg/s；
選擇“Impeller domain”右鍵插入“旋轉(zhuǎn)-Rotaing”、“無滑移-No Slip wall”的hub wall、shroud wall 以及blade wall邊界；
選擇Interfaces右鍵插入Interface 邊界命名“domain Interface
展開 汽蝕損傷實(shí)驗(yàn)主要是在每個葉輪最高效率點(diǎn)流量的70%、50%、25%及3%揚(yáng)程下降點(diǎn)汽蝕的條件下進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)來模擬葉輪的汽蝕損傷，同時通過葉輪內(nèi)的金屬層變化和油漆涂層脫落情況來進(jìn)行汽蝕性能的判斷。
2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
通過實(shí)驗(yàn)可以看出，汽蝕損傷發(fā)生的部位主要有葉片吸力面中央附近、后蓋板上靠近吸力面并與吸力面上損傷位置相對應(yīng)的部位、葉片壓力面進(jìn)口外端處以及前蓋板靠近葉片進(jìn)口壓力面損傷的部位。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出流量和運(yùn)行時間對每個葉輪的汽蝕損傷部位不產(chǎn)生影響。與此同時，還可以確認(rèn)在相同流量下，葉片進(jìn)口角對于汽蝕損傷位置也會產(chǎn)生一定的影響。同時還可以看出后蓋板上的汽蝕損傷主要受葉片進(jìn)口吸力面的影響，而且在小流量區(qū)域，葉片吸力面上的氣泡發(fā)生位置和葉輪進(jìn)口流道在子午面上的彎曲情況對于離心泵汽蝕損傷有著一定的影響。另外，通過離心泵在不同流量工況下汽蝕性能的變化研究可以看出，離心泵的汽蝕余量與流量有著密切的關(guān)系，兩者成正比。因此，在進(jìn)行離心泵汽蝕性能的研究時，葉片進(jìn)口段形狀越接近流線型的泵抗汽蝕性能越好，加大葉片進(jìn)口段的曲率半徑對于泵汽蝕性能的改善有著十分重要的作用。
3 結(jié)束語
通過研究可以看出，離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀對于泵汽蝕性能有著重要的影響。通過分析可知在離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀趨于流線型時，離心泵的抗汽蝕性能越好，汽蝕余量的降低可以通過增加離心泵葉片進(jìn)口段的曲率半徑，從而改善離心泵的汽蝕性能。加強(qiáng)對離心泵葉片進(jìn)口幾何形狀與泵汽蝕性能的相關(guān)性研究，可以提高泵的效率，改善泵的汽蝕性能。
展開 在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區(qū)域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網(wǎng)格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項(xiàng)。進(jìn)行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計(jì)。根據(jù) CFD 結(jié)果計(jì)算出揚(yáng)程和功率項(xiàng)等泵特性，并與經(jīng)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區(qū)域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網(wǎng)格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項(xiàng)。進(jìn)行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計(jì)。根據(jù) CFD 結(jié)果計(jì)算出揚(yáng)程和功率項(xiàng)等泵特性，并與經(jīng)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。
本教程介紹離心泵性能仿真前處理過程，借助Fluent Meshing 2020R1版本中的Fault-tolerant Meshing 工作流，讓離心泵計(jì)算域網(wǎng)格劃分變得簡單、高效；
一、SCDM模型處理
由Solidworks軟件對離心泵三維模型進(jìn)行建模，主要包括蝸殼，帶有蓋板的葉輪兩部分；
模型導(dǎo)入SCDM中，創(chuàng)建輔助面，封閉葉輪和蝸殼，用于蝸殼和葉輪水體的抽取；
注，適當(dāng)延長Caps生成線，避免由于旋轉(zhuǎn)造成模型的不封閉（軟件兼容問題）
注，把蝸殼模型和“caps”定義一個組件，作為一個“Object”，避免抽取流體域失敗（提示有漏洞）；葉輪模型通過選中葉輪出口邊線進(jìn)行填充，“con”定義為單獨(dú)組件，用于創(chuàng)建“Construction Surface”，應(yīng)用“Surface Mesh”；通過群組功能創(chuàng)建“Inlet”和“Outlet”邊界，用于模型封閉抽取流體域；
模型另存為“*fmd”格式；
二、Fluent Meshing網(wǎng)格劃分
1、啟動FM 2020R1，選擇“FTM”工作流，加載離心泵幾何模型；
2、模型描述；
封閉葉輪進(jìn)口，蝸殼出口；創(chuàng)建“Construction Surface”；分別定義蝸殼材料點(diǎn)和葉輪材料點(diǎn)；
3、更新計(jì)算域（“Wrap”抽取蝸殼流體域
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離心泵性能分析的最新內(nèi)容
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區(qū)域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網(wǎng)格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項(xiàng)。進(jìn)行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計(jì)
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區(qū)域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網(wǎng)格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項(xiàng)。進(jìn)行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計(jì)
本教程介紹離心泵性能仿真前處理過程，借助Fluent Meshing 2020R1版本中的Fault-tolerant Meshing 工作流，讓離心泵計(jì)算域網(wǎng)格劃分變得簡單、高效；
一、SCDM模型處理
由Solidworks
摘 要：通過數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究了采用新方法 - 泵葉輪蓋板切割（PIST）來改造泵葉輪對流場和泵性能的影響。本研究的主要目的是研究輸送單相液體離心泵在中低比轉(zhuǎn)速下的水力性能，該泵通過PIST方法進(jìn)行了改進(jìn)。在這種類型的蓋板切割中，不同的切割尺寸僅適用于閉式葉輪的蓋板，而輪轂和葉片的幾何形狀（直徑）保持不變。這種改進(jìn)增加了葉輪和殼體之間與蓋板側(cè)的間隙，為泵送含有未溶解氣體的流體創(chuàng)造了理想的條件
一、模型說明
本案例基于ANSYS 2019R3 Workbench平臺，通過BladeGen軟件對離心泵葉輪水體進(jìn)行建模，導(dǎo)入TurboGrid自動完成高質(zhì)量六面體網(wǎng)格劃分；蝸殼水體通過ANSYS Meshing自動劃分非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格；
拖拽CFX模塊，連接B2單元和C2單元，導(dǎo)入離心泵葉輪網(wǎng)格模型；連接D3單元和C2單元，右鍵更新D3單元，完成蝸殼和葉輪網(wǎng)格模型裝配
本教程介紹離心泵性能仿真前處理過程，借助Fluent Meshing 2020R1版本中的Fault-tolerant Meshing 工作流，讓離心泵計(jì)算域網(wǎng)格劃分變得簡單、高效；
一、SCDM模型處理
由Solidworks軟件對離心泵三維模型進(jìn)行建模，主要包括蝸殼，帶有蓋板的葉輪兩部分；
模型導(dǎo)入SCDM中，創(chuàng)建輔助面，封閉葉輪和蝸殼，用于蝸殼和葉輪水體的抽取；
渦輪泵是液體推進(jìn)航天發(fā)射系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要在火箭發(fā)動機(jī)的供給系統(tǒng)中，用來克服燃燒室壓力，提供足夠的推進(jìn)劑流量，從而使得火箭能夠獲得較高的推力。
基于降低總重、提高轉(zhuǎn)速、降低推進(jìn)劑儲存罐壓力的需求，以及最大限度提高發(fā)動機(jī)整個壽命周期可靠性的目的
案例來源：陸面體科技官網(wǎng)
案例作者：羅宇航
摘要：通過OpenFOAM求解器對離心泵進(jìn)行CFD模擬分析，計(jì)算泵軸向力、揚(yáng)程等參數(shù)
項(xiàng)目概述
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保要求的提高，對與之配套的輔機(jī)設(shè)備水泵的參數(shù)和可靠性要求也越來越高。在給水泵的設(shè)計(jì)制造過程中，泵的軸向力預(yù)測問題一直是困擾給水泵設(shè)計(jì)人員的一個難題，以前采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，但是計(jì)算值與實(shí)際值之間存在較大的差異
一、描述
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多領(lǐng)域?qū)λ靡笤絹碓礁摺鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已無法滿足快節(jié)奏、高要求的現(xiàn)代社會。隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的發(fā)展，為水泵設(shè)計(jì)也帶來了更好的研究方法。應(yīng)用CFD技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)對水泵內(nèi)部流場進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，可以快速獲得外特性曲線，并且能夠更好的在設(shè)計(jì)階段預(yù)測泵內(nèi)部流動所產(chǎn)生的漩渦、二次流、邊界分離、喘振、汽蝕等不良現(xiàn)象，通過改進(jìn)以提高產(chǎn)品可靠性。
TCFD是CFD Support團(tuán)隊(duì)為我們帶來的新一代葉輪機(jī)械專用CFD模擬工具。TCFD不受用戶人數(shù)和核數(shù)的限制，具有完全自動化的流程，極大地提升了CFD模擬的效率；同時，它保持求解器的開源，可以由用戶自行決定CFD研究的深度，能夠更充分的利用硬件功能使之用于CFD模擬過程。
CAESES是一款能夠?yàn)榉抡婀こ處熖峁┤珔?shù)化的CAD模型，并將其與自動化工具和優(yōu)化工具相結(jié)合的軟件工具
