节段式多级离心泵全三维湍流场模拟研究

"节段式多级离心泵全三维湍流场的数值模拟 黄思" 本文详细探讨了节段式多级离心泵的全三维湍流场数值模拟，这是国内首次实现针对此类泵的一整级（包含叶轮和导叶）的全面三维流场分析。研究中选取了广泛应用在油田的DF300-150A型注水泵作为实例，通过使用FLUENT软件以及RNG k-ε湍流模型和多重参考坐标系进行了数值计算。 在叶轮出口与导叶入口的连接区域，模拟发现叶轮流出的流体受到导叶叶片头部的阻隔干扰，导致部分流体沿着与叶轮旋转相反的方向流动，这揭示了叶轮和导叶间的复杂相互作用。在正导叶出口附近，流体的静压值达到泵级内的最大值，当流体进入反导叶后，由于沿程的水力损失，静压值略有下降。这些计算结果与实测的泵外特性相吻合，证明了所采用的模拟方法在节段式多级离心泵研究中的适用性和准确性。 关键词涉及多级离心泵、全三维流场、数值模拟以及FLUENT软件的应用。文章指出，节段式多级离心泵因其在油田注水设备中的广泛应用和高能耗特性，成为节能改造的重点。对这类泵进行流动的数值模拟，对于优化设计、提升水力性能和实现节能减排目标至关重要。 传统的数值模拟方法受限于计算机软硬件和多级泵结构的复杂性，往往仅能处理叶轮或导叶的单一流道，并设定理想化的边界条件，无法准确反映实际流动情况。随着流体力学计算技术的进步，尤其是三维计算能力的提升，全流场的模拟已经成为可能。本文采用的RNG k-ε湍流模型是一种先进的湍流模型，它能更好地捕捉到湍流流动的细节。 计算方法基于雷诺平均 Navier-Stokes 方程，该方程组用于描述湍流流体的行为。在泵内部，雷诺应力张量（由湍流流体引起的附加压力）是关键的物理量，它反映了流体微尺度涡旋的平均影响。 通过这种理论计算方法，作者能够对选定的注水泵进行详细分析，评估其水力性能，并为泵的改进提供数据支持。这项研究不仅填补了国内在此领域的空白，也为节段式多级离心泵的设计和优化提供了新的思路和技术手段。