一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法技术

本发明专利技术提高一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法，涉及使用CFD空化模型预测离心泵NPSHr的方法。主要包括以下步骤：在CFX软件中边界条件设置为进口固定总压和出口固定质量流量，进行快速的数值模拟计算，估算出泵的扬程；在新的边界条件下，在CFX软件中再次算出泵的扬程；在CFX软件中，边界条件为进口固定质量流量和出口固定静压，进行模拟计算得到一个比较接近真实值的NPSHr的估算值；边界条件设置为进口固定质量流量和出口固定静压，在CFX软件中模拟计算出非常接近扬程下降3％的点，所得NPSHr的值非常接近真实值；若上一步的计算结果在精度范围内，过程结束，否则重复上一步内容。本发明专利技术是一种可预测并可控的模拟方法，并节省了模拟次数和模拟时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法
本专利技术涉及到离心泵空化预测领域，尤其是一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法。
技术介绍
泵汽蚀余量是表征水泵汽蚀性能的重要参数之一,并据此计算水泵装置几何吸上高度和确定水泵安装高程,在实践上具有重要意义。水泵汽蚀性能的优劣、泵汽蚀试验方法的正确与否,不仅要影响泵站的建设投资和安全运行,而且还影响到泵站建设的经济效益和社会效益。在国际投标竞争中,泵汽蚀余量的大小直接影响到评标价格和投标的成败。当泵的进口压力下降到某个值时，空化区域出现并发展，泵的扬程开始大幅度下降，工程上常用扬程下降3％时的汽蚀余量NPSH作为泵的必须汽蚀余量NPSHr，但是目前国内对临界汽蚀余量NPSHr的预测仍存在较大的困难。现在对NPSHr的预测方法有实验方法和CFD数值模拟方法，由于成本较低，现在以CFD数值模拟为主，实验验证为辅。传统CFD数值模拟是：采用进口总压逐渐下降方法，即设定不同的进口总压来进行一系列的数值模拟来预测泵的NPSHr,直到找到扬程下降3％的点。在CFD软件中，传统方法是进口边界设置为固定总压,出口边界设置为固定流量。理论上，该方法在多次模拟计算后能预测出扬程下降3％时的NPSHr，但由于一些模拟点可能会出现在严重空化区域，且不可控，在那里模拟也将花很长时间完成，所以在一个流量下使用十次或以上次数的模拟来计算NPSHr是很常见的。必需汽蚀余量NPSHr是规定泵要达到的性能参数，其值越小，泵的抗汽蚀性能越好，因此，预测得到泵的必须汽蚀余量NPSHr对提高泵的稳定运行具有重要意义。上述现有方法预测NPSHr都存在一个普遍问题，那就是模拟的时间长，且难以保证模拟的精度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法快速预测离心泵NPSHr。为达到以上目的，采用如下计算方案，一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法，包括以下步骤，步骤一：给定质量流量M*，进口总压PTin*，在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定总压：PTin(0)＝PTin*出口设置为固定质量流量：Mout(0)＝M*在CFX中模拟计算后处理输出得到：出口总压：PTout(0)，出口静压：PSout(0)，则泵扬程和动压根据计算可以得到：扬程H(0)＝PTout(0)-PTin(0)，动压DH(0)＝PTout(0)-PSout(0)步骤二：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(1)＝M*出口设置为固定静压PSout(1)＝PSout(0)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(1)出口总压：PTout(1)计算得到的泵的扬程：H(1)＝PTout(1)-PTin(1)动压DH(1)＝PTout(1)-PSout(1)所述泵的扬程H(1)是泵不发生空化时的满载扬程H100，根据公式PT是进口总压PTin(1)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H-NPSH曲线上的第一个点，步骤三：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(2)＝M*出口设置为固定静压PSout(2)＝(1-α)H100-DH(1)，工程上常用扬程下降α,时的汽蚀余量NPSH作为泵的必须汽蚀余量NPSHr，2％＜α＜4％，在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(2)出口总压：PTout(2)计算得到泵的扬程：H(2)＝PTout(2)-PTin(2)动压：DH(2)＝PTout(2)-PSout(2)根据公式PT是进口总压PTin(2)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H-NPSH曲线上的第二个点，步骤四：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(3)＝M*出口设置为固定静压PSout(3)＝(1-α)H100+PTin(2)-DH(2)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(3)出口总压：PTout(3)计算得到泵的扬程：H(3)＝PTout(3)-PTin(3)动压：DH(3)＝PTout(3)-PSout(3)根据公式PT是进口总压PTin(3)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H-NPSH曲线上的第三个点。进一步的，若步骤四的精确度不在预期范围内，则需要更多模拟进行提高，重复步骤四以到达预期的精度范围。进一步的，所述α＝3％。本专利技术的有益效果是：与传统方法比较，该方法介绍了一种可预测并可控的模拟方法，并节省了模拟次数和模拟时间。附图说明图1是传统逐渐下降方法示意图图2是采用该新专利技术的方法示意图具体实施方式本专利技术的目的在于使用CFD空化模型快速预测离心泵NPSHr的值，该方法具体在CFD软件CFX上进行，具体如下：步骤一：目的：在给定质量流量M*情况下，泵正常运行时，利用CFX软件进行模拟计算得到扬程H(0)。设置边界条件：进口设置为固定总压：PTin(0)＝PTin*出口设置为固定质量流量：Mout(0)＝M*在CFX中模拟计算后处理输出得到：出口总压：PTout(0)，出口静压：PSout(0)，则泵扬程和动压根据计算可以得到：扬程H(0)＝PTout(0)-PTin(0)，动压DH(0)＝PTout(0)-PSout(0)步骤二：目的：在新的边界条件和不变的质量流量M*下得到泵的未发生空化的满载扬程H100。设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(1)＝M*出口设置为固定静压PSout(1)，该值根据上一步中的模拟计算值得到：PSout(1)＝PSout(0)＝PTout(0)-DH(0)＝H(0)+PTin(0)-DH(0)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(1)出口总压：PTout(1)则泵扬程和动压根据计算可以得到：满载扬程H100＝H(1)＝PTout(1)-PTin(1)动压DH(1)＝PTout(1)-PSout(1)这样再根据公式(PT是进口总压PTin(1)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度)计算可以得到H-NPSH曲线上的第一个点。步骤三：目的：这一步忽略进口总压PTin(1)，且使出口总压PTout(1)等于泵扬程H100的97％，因此得到一个比较靠近真实值的NPSHr的估算值。设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(2)＝M*出口设置为固定静压PSout(2)，该值根据上一步中的模拟计算值得到，计算时忽略进口总压PTin(1)，且使出口总压等于泵扬程H100的97％：PSout(2)＝0.97H100-DH(1)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(2)出口总压：PTout(2)则泵扬程和动压根据计算可以得到：扬程：H(2)＝PTout(2)-PTin(2)动压：DH(2)＝PTout(2)-PSout(2)这样再根据公式(PT是进口总压PTin(2)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度)计算可以得到H-NPSH曲线上的第二个点，且该点比较接近真实的NPSHr值。步骤四：目的：该步使用上一步计算的进口总压PTin(2)修改出口边界，因此能得到一个非常靠近真实值的NPSHr的估算值设置边界条件：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：给定质量流量M*，进口总压PTin*，在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定总压：PTin(0)＝PTin*出口设置为固定质量流量：Mout(0)＝M*在CFX中模拟计算后处理输出得到：出口总压：PTout(0)，出口静压：PSout(0)，则泵扬程和动压根据计算可以得到：扬程H(0)＝PTout(0)‑PTin(0)，动压DH(0)＝PTout(0)‑PSout(0)步骤二：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(1)＝M*出口设置为固定静压PSout(1)＝PSout(0)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(1)出口总压：PTout(1)计算得到的泵的扬程：H(1)＝PTout(1)‑PTin(1)动压DH(1)＝PTout(1)‑PSout(1)所述泵的扬程H(1)是泵不发生空化时的满载扬程H100，根据公式PT是进口总压PTin(1)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H‑NPSH曲线上的第一个点，步骤三：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(2)＝M*出口设置为固定静压PSout(2)＝(1‑α)H100‑DH(1)工程上常用扬程下降α时的汽蚀余量NPSH作为泵的必须汽蚀余量NPSHr，2％＜α＜4％，在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(2)出口总压：PTout(2)计算得到泵的扬程：H(2)＝PTout(2)‑PTin(2)动压：DH(2)＝PTout(2)‑PSout(2)根据公式PT是进口总压PTin(2)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H‑NPSH曲线上的第二个点，步骤四：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(3)＝M*出口设置为固定静压PSout(3)＝(1‑α)H100+PTin(2)‑DH(2)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(3)出口总压：PTout(3)计算得到泵的扬程：H(3)＝PTout(3)‑PTin(3)动压：DH(3)＝PTout(3)‑PSout(3)根据公式PT是进口总压PTin(3)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H‑NPSH曲线上的第三个点。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CFD的离心泵空化性能的预测方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：给定质量流量M*，进口总压PTin*，在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定总压：PTin(0)＝PTin*出口设置为固定质量流量：Mout(0)＝M*在CFX中模拟计算后处理输出得到：出口总压：PTout(0)，出口静压：PSout(0)，则泵扬程和动压根据计算可以得到：扬程H(0)＝PTout(0)-PTin(0)，动压DH(0)＝PTout(0)-PSout(0)步骤二：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(1)＝M*出口设置为固定静压PSout(1)＝PSout(0)在CFX中模拟计算后处理输出得到：进口总压：PTin(1)出口总压：PTout(1)计算得到的泵的扬程：H(1)＝PTout(1)-PTin(1)动压DH(1)＝PTout(1)-PSout(1)所述泵的扬程H(1)是泵不发生空化时的满载扬程H100，根据公式PT是进口总压PTin(1)，Pv是流体的蒸汽压力，ρ是密度，g是重力加速度，计算可以得到H-NPSH曲线上的第一个点，步骤三：在CFX软件中，设置边界条件：进口设置为固定质量流量：Min(2)＝M*出口设置为固定静压PSout(2)＝(1-α)H100-DH(1)工程上扬程下降α时的汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴吉，陈佳，王文杰，袁寿其，袁建平，骆寅，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32