CFD模拟离心泵叶轮内部流场优化设计

本文主要探讨了离心泵叶轮内流场的数值模拟与分析，通过计算流体力学(CFD)方法，具体使用了有限体积中心格式、时间推进解法以及Navier-Stokes(N-S)方程来处理这一复杂问题。研究者李沈坚、李春和周碧池，来自上海理工大学动力工程学院，他们对叶轮内部的压力分布、相对速度矢量以及二次流分布进行了详细的数值计算和可视化。 叶轮作为离心泵的关键组件，其内部流场对泵的性能有着直接的影响。通过数值模拟，可以揭示叶轮内部的流动特性，如压力分布的不均匀性、涡旋形成、二次流的分布以及可能的边界层分离和尾流现象，这些都可能影响泵的效率和稳定性。数值模拟的优势在于它可以预测这些内部流动现象，而无需进行昂贵的实验测试，从而为叶轮设计的优化提供了重要的理论依据和实践支持。 作者们选取的计算模型基于CFD软件Fine/Turbo，这个工具允许他们进行高精度的模拟，考虑了二阶和四阶人工粘性项，以及不同阶的Runge-Kutta时间推进方法，以提高模拟的准确性和稳定性。他们采用标准的Baldwin-Lomax代数模型来处理湍流效应，这是CFD中常用的湍流模型之一，它能有效地描述流体在复杂流动条件下的行为。 研究的起点是设定合理的边界条件，包括进口处的恒定温度和压力，出口处的流量目标，以及固体壁面的绝热和无滑移条件。此外，为了模拟连续的流动过程，他们还在延伸段的接口处使用了周期性边界条件，确保流体流动的连续性和无反射性。 这项工作的关键贡献在于它将理论分析、实验研究和数值模拟相结合，为离心泵的设计优化提供了强大的工具，有助于提升泵的效率，减少不良现象的发生，并且节省了大量的人力物力成本。这项研究是工程技术领域的一个重要突破，特别是在提高泵设备性能和降低研发成本方面具有重要意义。