过程流体机械 离心泵
3、离心泵内部流场计算结果分析
离心泵内部三维湍流流场结构非常复杂，目前还不能十分准确地对泵内流体流动的规律加以描述。通过数值模拟计算，可以获得离心泵内部的流体流动情况，由此得出流体在离心泵内任意点流动速度的大小和方向，以及泵内流体压力分布等规律，这也是实验测试难以做
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到的量可以利用流线图。FLUENT软件可以用多种方式显示和输出计算结果，例如，各物理、矢量图、等值线图、彩云图、示出来。本章通过对整机流场、叶轮前后盖板侧、绘制XY散点图等图形方式直观地显叶片正背面以及蜗壳内部等区域模拟结果的细观信息的分析，可以发现某些不良流动现象，以在今后的设计中改进结构，消除缺陷，达到优化设计的效果。此外，还得到了不同叶片数离心泵的整机内部速度和压力场分布，探讨了叶片数对离心泵内流场的影响程度。
3-1设计工况下离心泵整机流场分析
图4-1所示为设计工况12. S m3/h下的离心泵整机流场速度矢量图，速度场的矢量图是由带箭头的线段构成的，线段的颜色和长短都能反映出速度的大小，而且可以反映各个点当时的运动方向。从图中可以看出，液体在叶轮进口处流动比较均匀，没有出现明显的流动分离现象，且速度比较低，进入叶轮后沿径向方向液体速度逐渐升高，到叶轮出口附近达到最大，但是流体速度在叶轮内呈现非对称性分布，靠近隔舌部位的叶轮流道流体速度比远离隔舌的流道要低些;进入蜗壳后，在叶轮旋转的过程中，沿着流体的逆时针流动方向，流速逐渐降低直至蜗壳出口处，而蜗壳出口处的流体处于一个均匀的缓慢的扩压过程，流动需要经过较长的一段区域以后才能逐渐均匀，这也是本文将出口延长的原因。
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图4-2所示是设计工况12. S m3/h下的离心泵整机流场静压分布图。从图中可以看出，离心泵在整机流道中存在着局部的高压或低压区域，但从整体来说流体的压力分布还是比较均匀的，即从叶轮进口到叶轮出口，再从蜗壳进口到蜗壳出口，压力沿着液体流动的方向呈逐步增大的趋势，在蜗壳出口附近压力达到最大。
综合离心泵整机流场的速度矢量和压力分布图来看，在叶轮通道内，液体在运动的过程中，压力和速度是不断增加的;在蜗壳内，液体沿着逆时针方向运动到离心泵出口的过程中，速度是逐渐减小的，而此时压力的变化过程，与速度正好相反是逐渐增大的，整个流场内的速度变化及压力分布与理论分析基本上是一致的，这说明本文数值模拟的结果也符合叶轮和蜗壳设计的功能原理，即叶轮的作用就是把机械能转化为液体的动能;而蜗壳的功能就是收集从叶轮出来的高速液体，将高速液体的动能转化为压能。从这个意义上说，本文数值模拟的计算结果是可靠的，这也是后面进行内部区域详细分析的基础。
3-2叶轮内部流动分析
离心泵叶轮内部流场非常复杂，本节着重以四叶片离心泵在不同工况下的前后盖板侧、叶片压力面及吸力面等重点区域的速度和压力分布，详细分析叶轮内部的流体流动规律。
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