1 泵的发展简介

泵内的实际流动规律很复杂，远未被人们所认识，以至于迄今泵的设计仍停留在半理论、半经验的阶段。泵属于通用机械范畴，在国民经济各个领域中，比如石油，化工，发电都有着广泛的用途。根据相关数据，仅从发电行业来看，如果能提高泵和风机的设计和运行效率，仅在电厂的水泵和风机节约的电量就可以达到25.96亿千瓦时/年。因此，改进和提高泵的设计和运行的效率可以节省大量的资源和能源，对社会的可持续发展有着十分重要的意义。离心泵复杂的内部结构决定了其内部流场相当复杂的分布，这给离心泵发展和研究带来了一系列的问题和困难。近年来，国内对离心泵内部流场的分析取得了一定的研究成果，可以尽早的测得流场的分布情况，从而判断离心泵的性能以及内部结构是否合理。正因如此，实现离心泵的内部流场数值模拟对于离心泵的优化设计，改善离心泵的水力性能，从而达到增效节能目的有重要的现实意义[1]。在国外，CFD数据模拟技术已经深入应用于离心泵的内部流场分析和性能预测。因此，发展基于CFD数值模拟的现代设计方法不仅可以弥补传统设计方法的不足，而且可以设计出高效节能的离心泵。

2研究方法

长期以来, 国内外学者对离心泵的三维建模和内部流场分析做了大量研究, 取得了不少成果。

2.1离心泵的三维建模

随着计算机技术的发展，对离心泵三维建模已经越来越广泛的应用于离心泵的设计和研究之中。Pro/E软件以参数化设计的思想问世[2]，现在已成为全世界范围内最普及的三维设计CAD/CAM软件系统，广泛应用在机械、电子、工业设计等各个行业。本课题中用Pro/E软件对离心泵内流体部分：入水段、叶轮以及蜗壳进行三维造型设计，最后利用Pro/E的装配功能对三个流体部分进行装配[3]-[4]。

2.2离心泵内部流场的数值模拟

一般来说，离心泵的内部流动是复杂的三维湍流流动。离心泵内部的湍流流动受到叶轮旋转和叶片表面曲率的影响，常常伴有分离、回流及二次流动等现象。随着计算机技术和CFD技术的发展，用CFD技术分析研究离心泵内部流场的特点，从而为叶轮的选型和设计提供理论支持已成为离心泵技术的重要方法。离心泵内部流场数值计算大多数采用以N-S方程及化简形式为主的方程组。主要使用无黏欧拉方程、抛物化N-S方程、边界层近似方程、雷诺时均方程等。后设立相关边界条件，确定控制方程的解需要给出的定解条件。通常有进口条件、出口条件、壁面条件和周期条件。对流动惊醒数值计算式需要对控制方进行适当的离散。常用的离散方法有有限差分法、有限体积法、有限解析法和有限元法。用FLUENT软件仿真计算分析泵的设计方案。确定计算目标后选择合适的计算模型和物理模型，最后确定求解范围。在经过一系列的分析之后，对问题有一个整体的判断，从而可以正确的进行FLUENT数值模拟运算。

2.3模拟结果分析

根据模拟结果分析离心泵内部流场分布图。通过总压力分布图可以分析出离心泵流道内局部高压和低压区。通过静压力分布图可以分析出出口处静压上升的原因。通过绝对速度分布图和速度矢量图可以分析出流体在离心泵中的流动过程和在相关部位的流动速度和冲击情况。对离心泵性能做相关的预测。