摘 要

离心泵作为在我们的生活生产之中运用极为广泛的水力机械，与我们的生产生活息息相关。离心泵在高速运转的过程中，其内部极易形成低压从而产生汽泡，当汽泡由低压区向高压区运动时，汽泡会在高压部分发生溃灭现象，溃灭是会放出极大的能量，从而对离心泵的相关部件产生破坏，在较为严重时甚至会直接影响泵的正常工作和运转。所以对离心泵的汽蚀研究至关重要。而仿真作为当今更为方便的离心泵仿真软件，与实验相比油漆明显的优势，故而本篇文章主要以仿真的方法进行相关数据的求解和结论得出。本文主要工作和实验过程如下：

1）为了进行离心泵汽蚀的仿真工作，需要先设计好用于后续仿真工作的离心泵模型。本文使用软件CFturbo进行离心泵的建模工作，在软件中进行了离心泵蜗壳、叶轮、入口端的建模过程。

2）在建模完成之后利用pumplinx进行网格划分和边界条件的设置工作，完成之后再划分多个不同数量的离心泵网格，进行网格的无关性验证，确认所划分网格数量对计算结果不产生影响即可证明模型的网格划分可用于后续仿真。

3）完成离心泵的外特性仿真工作，并进行相关实验对结果进行验证，确认无误之后即可进行离心泵汽蚀仿真，通过仿真得出相关数据和图像，对其进行相关分析之后即可得出结论。

关键词： 离心泵 汽蚀 仿真

Abstract

Centrifugal pump as in our life and production using extremely hydraulic machinery widely, and it is closely related to production and life. Centrifugal pump at high speed in the process, it is very easy to form the internal low pressure resulting in the bubble, when the bubble by low pressure to high pressure zone moves, the bubble will collapse in high voltage collapse phenomenon, will release enormous energy, and related parts of the centrifugal pump has broken, in more serious even when direct influence Ring pump work and operation. So it is very important to research on cavitation of centrifugal pump. The simulation as the centrifugal pump is more convenient compared with experimental simulation software, paint the obvious advantages, therefore this article mainly by simulation calculation and conclusion of related data obtained. The main work of this paper and the experimental process is as follows:

1) To simulate the work of centrifugal pump cavitation, need to design a good model for subsequent simulation of centrifugal pump. In this paper, using CFturbo software modeling of centrifugal pump, the modeling process of centrifugal pump impeller and volute, entrance end in software.

2) Meshing and boundary conditions by using pumplinx in modeling after the completion of the work set, after the completion of division of a number of different number of centrifugal pump grid, grid independent verification, confirmed by the division of the grid number does not affect the calculation results can prove the model mesh can be used for subsequent simulation.

3) Simulation work done outside the characteristics of centrifugal pump, and experiments were conducted to verify the results, confirmation can be carried out after the centrifugal pump cavitation simulation, the simulation results show the relevant data and images, the correlation analysis of the following can be concluded.

Key Words：Centrifugal pump Cavitation Simulati

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 汽蚀研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究状况 2

1.3研究内容 2

1.3.1研究目标 2

1.3.2技术方案及措施 2

1.4本文主要内容 3

第二章 离心泵汽蚀仿真方法 4

2.1CFturbo介绍 4

2.2 Pumplinx介绍 5

2.3软件中用到的模型介绍 6

2.3.1湍流模型 6

2.3.2空化模型 7

2.4本章小结 7

第三章 离心泵建模 8

3.1叶轮模型的建立 8

3.1.1输入泵额定设计点工作参数 8

3.1.2创建叶轮设计模块 9

3.1.3子午线线型设计 10

3.1.4叶片设置 11

3.1.5叶片中心线设置 12

3.1.6叶轮实体化、磨圆和剪切 13

3.1.7叶轮模型的后续处理工作 14

3.2蜗壳、入口的建模 16

3.2.1蜗壳的建模 16

3.2.2入口的建模 19

3.3建模结果 21

3.4本章小结 21

第四章 离心泵模型处理 22

4.1模型前处理 22

4.1.1工作面的划分 22

4. 2网格划分方法简介 25

4.3设置计算模型和边界条件 27

4.4网格无关性验证 30

4.5本章小结 31

第五章 离心泵汽蚀数值仿真 32

5.1离心泵性能特性 32

5.1.1离心泵性能实验 32

5.1.2离心泵性能仿真 33

5.1.3结果分析 34

5.2离心泵汽蚀仿真 35

5.2.1离心泵汽蚀仿真数值 35

5.2.2汽蚀仿真中的压力分布 37

5.2.3汽蚀仿真中的气体分布 38

5.2.4发生汽蚀的破损状况 39

5.3本章小结 40

第六章 结论与展望 42

6.1结论 42

6.2展望 42

参考文献 44

致谢 46

第1章 绪论

• 1. 课题研究背景

在我们的生活生产中，泵本身作为通用机械，其运用是非常广泛的，可以说只要是流体的流动过程都离不开泵的运转^[1]。离心泵作为国民经济部门中被运用的非常广泛的水力机械^[2]，对其性能的研究就显得极为重要。

在离心泵的设计阶段与使用阶段中，离心泵的汽蚀性能往往是人们不得不考虑的重要影响因素。当离心泵处于运转状态时，在泵的叶片中的低压某些低压区域会生成汽泡，汽泡在离心泵内破裂会引发离心泵的汽蚀。当其程度严重时会影响离心泵的外特性，同时会在离心泵中产生振动噪声以及离心泵中某些区域的腐蚀破坏现象^[3]。通过对离心泵汽蚀的研究可以减轻汽蚀对离心泵的破坏，所以对离心泵的汽蚀现象的研究工作有非常高理论意义工程实际价值。

目前主流的研究方法主要有实验研究和仿真两种。实验研究需要大量的人力物力，且无法精确控制实验中的各种变量，所以实施起来有一定的困难。而仿真则具有较高的准确度，较低的研究费用，研究耗时短等优点，并且可以将复杂的流体活动更直观的展现出来，为进一步研究工作提供可靠的依据。

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）在现在的工业生产中的地位一步步加强，对于解决各种流体问题有较大的意义^[4]。而在汽蚀相关的仿真上，pumplinx具有工业界独一无二的空化（汽蚀）模型，所以其在对于本文所研究的离心泵汽蚀方面的表现更为出色。

• 1. 汽蚀研究现状

人们最早发现空蚀现象于1891年的英国船舶“达令号”螺旋桨上发生的剥蚀现象^[5]，在1935年巴拿马麦登坝输水道进口发生严重空蚀之后^[6]，相关从业者才开始重视这一现象。汽蚀问题给流体机械的发展带来诸多难题，多年来，人们对汽蚀机理进行了大量研究，对造成汽蚀的原因以及其对流体机械所产生的影响有了一定程度的认识。但涉及到具体项目时，汽蚀的检测和预防依旧值得我们进行研究与思考。

1.2.1国内研究现状

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