摘 要

水环泵作为船舶辅机中重要的流体输送机械，在现代船舶液压系统中大量使用，但是水环泵内部流动复杂，是典型的气液两相三维非定常流动，通过一般的研究方法很难对其内部流动进行精确的观察和研究。

本文采用CFD仿真计算软件FLUENT对自己用建模软件建立的水环泵模型进行了内部流动的分析研究。文中的第一章对于水环泵数值仿真的国内外研究和本文的研究目的和意义以及本文的主要研究内容和方法进行了详细的介绍；第二章中阐述了水环泵的结构、工作原理和优缺点以及有关于本次研究要涉及到的数值仿真知识和研究要用到的各种软件的概述；第三章中开始了本次研究的主要内容，对水环泵内部流场的全部研究内容进行了清晰的描述和表达；第四章则是对第三章数值分析所得到的结果进行了详细的分析和总结，并对结果同实际的结果相比较，发现两者相符，验证了本次研究的可靠性；第五章对本文进行了整体的总结，并指出了本文的不足之处。

关键词：水环泵；CFD；数值仿真

Abstract

As an important fluid conveying machine in marine auxiliary machinery, water ring pump is widely used in modern marine hydraulic system. However, the internal flow of water ring pump is complex, and it is a typical three-dimensional unsteady gas-liquid two-phase flow. It is difficult to observe and study its internal flow accurately through general research methods.

In modern society, computer has become an important part of people's work and life, and computer is also a very important auxiliary tool for scientific research. The numerical simulation is a new method to complete the study of engineering and physical problems by means of computer and finite element concepts, numerical calculation and image display. This method can greatly reduce the time spent on calculation by researchers, and can clearly observe various details of flow field, electric field and so on which can not be obtained by general methods on the display screen.

In this paper, the CFD simulation software FLUENT is used to analyze and study the internal flow of the water ring pump model established by the modeling software. In the first chapter, the purpose and significance of the research on Numerical Simulation of water ring pumps at home and abroad and the main contents and methods of this paper are introduced in detail. In the second chapter, the structure, working principle, advantages and disadvantages of water ring pumps are described, and the knowledge of numerical simulation and the software used in the research are summarized. The main contents of this study are started, and all the research contents of the internal flow field of the water ring pump are clearly described and expressed. The fourth chapter is a detailed analysis and summary of the results obtained from the numerical analysis of Chapter III, and the comparison of the results with the actual results shows that the two results are consistent, which verifies the reliability of this study. The fifth chapter is a whole of this paper. Summarize and point out the shortcomings of this paper.

Key Words：Water ring pump; CFD; numerical simulation

目 录

第1章 绪论 １

1.1 研究目的和意义 １

1.2 国内外现状 １

1.3 研究内容和研究方案 ３

1.3.1 研究内容 ３

1.3.2 研究方案 ３

第2章 水环泵数值仿真基本理论 ３

2.1 水环泵的结构 ３

2.2 水环泵的工作原理 ４

2.3 水环泵的优点和缺点 ５

2.4 数值仿真基本原理 ５

2.5 CFD的概述 ６

2.6 控制方程 ６

2.6.1 能量方程 ６

2.6.2 连续性方程 ６

2.6.3 运动方程 ７

2.7 湍流模型的选择 ７

2.8 ANSYS软件概述 ９

2.9 CREO建模软件 ９

2.10 本章小结 ９

第3章 水环泵模型CFD数值仿真 １０

3.1 计算模型的建立 １０

3.1.1 水环泵模型的基本参数 １０

3.1.2 水环泵CREO实体建模 １１

3.1.3 流体域的抽离和装配 １２

3.2 模型网格的划分 １４

3.2.1 网格的基本概念 １４

3.2.2 网格的划分 １４

3.3 导入Fluent进行求解计算 １８

3.4 将网格改为流体材料 １８

3.5 边界条件的设定 １９

3.5.1 入口边界条件 ２０

3.5.2 出口边界条件 ２１

3.5.3 界面边界条件 ２２

3.6 水环泵数值仿真 ２３

3.6.1 求解参数和收敛判别 ２３

3.7 本章小结 ２４

第4章 水环泵内部流动分析 ２４

4.1 内部流动分析 ２４

4.2 本章小结 ２８

第5章 总结与展望 ２８

5.1 总结 ２８

5.2 不足与展望 ２９

参考文献 ２９

致谢 ３０

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

水环泵又名水环式真空泵，属于容积式泵，最初用作吸水泵，后来由于真空技术的快速发展，水环泵在真空方面的作用开始被人们所重视。水环泵可以获得高达4000Pa的真空，在水环泵内装有一个偏心的叶轮，在叶轮旋转时将液体抛向泵壁，形成与定子同心的液环，液环和叶片之间可以形成多个容积可变化的工作容腔，工作容腔的容积变化将会使泵内压力发生改变，从而达到吸气的目的。由与水环泵特殊的工作原理，使得它可以进行抽除易燃易爆及腐蚀性气体的工作，所以水环泵在石油、化工、矿山、医药及食品等方面的应用非常的广泛^[1]。

水环真空泵泵的内部流动是气液两相流，内部流场分布十分复杂，泵内空气是可压缩的，这就导致对其内部流动的研究十分困难从而限制了水环泵的设计和优化方面的发展。随着计算流体力学 CFD的发展，数值仿真已成为泵性能预测和优化设计的主要方法。数值仿真能够很好的测出泵内部流场的变化，能够帮助我们更好的去研究水环泵内部复杂的流动情况。