[发明专利]一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法

说明书

本发明公开了一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法。本发明主要步骤包括：建模，导出流体域；在CFX中进行网格划分；设置参考气压为0Pa并对模型进行不加空化模型，定常计算；通过后处理选择合适的叶片的吸力面对其作压力值作面积积分得到面均压力值；加上空化模型，设置参考气压值；重新计算，根据结果扬程是否满足条件来重新设置新的参考气压值至扬程下降3%的点。本发明可大大节约计算时间，提高计算效率，同时采取更改参考气压值的方法来计算泵的必需汽蚀余量。一般情况下只需不高于五次计算便可以得到泵的必需汽蚀余量值。

技术领域

本发明涉及一种新型离心泵空化数值计算方法，具体是一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法。

背景技术

汽蚀余量是泵的重要参数，指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，它反映了泵的汽蚀性能的好坏。泵汽蚀余量越小，表示其抗汽蚀性能越强。根据汽蚀余量的大小，可以确定泵安装的允许高度，在实际工程应用中具有重要意义。泵汽蚀性能的好坏会直接影响泵能否如期运行，这关系到整个系统的状态，一旦空化计算不准确，会造成难以想象的后果。在实际工业中会采取一系列的措施来降低汽蚀余量，如果不能得到准确且符合要求的汽蚀余量值，会导致泵性能的严重下降，甚至会使其中断工作。因此能够快速准确的得到泵汽蚀余量的大小对于泵业来说，至关重要。

但是现在比较常用的方法有CFD仿真模拟法和实验测量法，CFD相当于“虚拟”地在计算机上做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况，实验测量成本较大，故多数情况下会采用CFD仿真来得到泵的汽蚀余量。现在一般采取扬程下降3％时的汽蚀余量作为该泵的必需汽蚀余量，即NPSH_R。

采取CFD进行模拟得到必需汽蚀余量的过程，现在方法多为设定出口总压来逐步降低，多次仿真模拟，直到出口总压值使得扬程下降了3％为止。由于扬程随着出口总压在下降的过程中呈现先缓慢下降后急剧下降的现象，故多数情况下需要进行很多次，甚至十次以上才能得到扬程下降3％的点附近，这种方法不仅效率低下，同时需要耗费大量时间和资源，且具体的仿真结果精度与很难保证。

发明内容

为了解决传统依据CFD仿真法来得到汽蚀余量过程中所存在的效率低的问题，本发明采取了一种参考气压值，利用参考气压值来计算汽蚀余量。

本发明具体包括以下步骤：

步骤一：建立流体域

对蜗壳式离心泵进行建模，设置叶片边缘与隔舌之间的初始位置；

连接隔舌顶点与叶片进口圆圆心，连接所有叶片顶点与叶片进口圆圆心，确保隔舌顶点与叶片进口圆圆心的连线和叶片顶点与叶片进口圆圆心的连线夹角最小值位于1°～5°之间，并导出流体域文件。

步骤二：网格划分

对导出的流体域文件进行网格划分，叶片、进出口区域进行网格的细化，划分出精细的边界层网格，并对所有的网格进行质量提升。

步骤三：不加空化模型，定常计算

对步骤二得到的网格文件，导入软件CFX中，在不加空化模型下，初始参考气压值设置为0，根据额定扬程设置出口静压，定常计算，得到一份结果文件，记录此时扬程H₀，并计算需要降到3％的扬程H’，同时复制一份结果文件留作备用。

步骤四：计算选定叶片的面均压力值

对于步骤三得到结果文件进行后处理，观察内部的压力分布情况，并找出作积分的叶片；对作积分的叶片上满足1.2D_in～0.75D_out的吸力面区域作压力面积积分，得到面均压力值P_a，其中D_in为叶片进口直径，D_out为叶片出口直径。

步骤五：确定参考气压值，添加空化模型，定常计算验证结果