[发明专利]一种离心泵流道设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种离心泵流道设计方法及系统，属于流道设计技术领域。该方法是以所需离心泵的二维图为基础，利用三维制图工具建立所述离心泵的三维模型；再将所述离心泵的三维模型按照线网格、面网格、体网格的顺序分割成若干个细小的模块，以单个模块为一个计算单元，建立离心泵流道的数学求解模型；再根据数学求解模型进行单个模块的流道计算；并单个模块计算的结果按照网格化的结构组合起来得到流道模型，再通过仿真技术检验所述流道模型，根据检验结果调整所述流道模型；最后确定所述流道模型。本发明针对性设置流道壁面、速度进口、自由出流进口与出口、交互面和流体介质，设计重复性好，避免了以理论和经验设计结合的设计方法导致的误差。

技术领域

本发明涉及流道设计技术领域，具体涉及一种离心泵流道设计方法及系统。

背景技术

离心泵的原理是利用叶片让液体旋转，利用离心力增加压力。因此，离心泵具有无零件磨损、压力范围广、流量大、结构简单紧凑等优点，被广泛应用于各个领域。

离心泵根据用途不同，需要传送不同种类、不同温度的流体介质，如清水、河水、生活污水、工业废水、锅炉水、化工液体、石油化工液体等，对于传送常温下的流体介质，离心泵的水力模型相对简单一些，但对于传送温度较高的流体介质，如离心式热泵在传送介质时，在叶轮表面由于相对运动产生的热量难以快速消退，导致传送介质的紊流特征更明显。相对传送冷水时，冷水散热快，平流的性能非常突出，所以热泵流道设计考虑的问题相对复杂很多。如图1所示，常温水的流动模拟结果显示，由于水的介质均匀，摩擦力对流动产生的影响均匀分布，呈现平稳的层流状态。而对于离心式热泵，带压的热水在流道流动的过程中，流道截面逐步扩大，压力逐渐降低、由于边界摩擦生热的效果，导致边界层气化的风险增大。在流道截面增大的过程中，热水的流动特性发生变化，从平稳有序的层流状态，逐步过渡到边界层以紊流状态为主的低效流动。如图2所示的模拟实验中看出，在流道入口，离心式热泵的介质呈现稳定的层流状态，随着流道逐步加宽，在出口侧出现明显分离效果。依据热量分布分析可知，在靠近流道出口的位置，边界层的温度在上升，压力下降，将引起边界层分离效果明显。因此当离心泵的传输介质的温度大于常温时，泵送介质的流动形态与常温有区别，特别在与叶片表面接触的表层，流动特性与常温清水离心泵的形态明显不同。对于传送不同的介质，当传送的介质不均匀，摩擦力对流动产生的影响也不均匀，其流体力学模型更为复杂。

因此，离心泵从几何结构和内部流体的基本瞬态物理场这两个方面而言，离心泵内的流动特别复杂，难以量化，其设计理论门槛较高，叶片形状较复杂。目前流道设计主要是在理论数据的基础上，采用经验值进行设计；或靠逆向工程开发新产品。因此泵的效率提升困难、设计的重复性不好，对于同样给定参数的泵的流道设计可能会非常不同。

鉴于此，本发明根据离心泵实际运行工况和内部流体的流动特性，提供一种离心泵流道设计方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种离心泵流道设计方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种离心泵流道设计方法，包括如下步骤：

S1：以所需离心泵的二维图为基础，利用三维制图工具建立所述离心泵的三维模型；所述离心泵包括泵壳，所述泵壳内有叶轮，所述叶轮与泵轴连接，所述泵轴用于驱动所述叶轮转动；

S2：将所述离心泵的三维模型进行网格化处理，所述的网格化处理是按照线网格、面网格、体网格的顺序，将所述三维模型分割成若干个细小的模块，以单个模块为一个计算单元，建立离心泵流道的数学求解模型；

S3：根据生成的离心泵流道数学求解模型进行单个模块的流道计算；

S4：将所述单个模块计算的结果按照网格化的结构组合起来得到流道模型，所述流道模型包括流道内部流场图形和压力分布、叶轮扭矩、温度分布；

S5：通过仿真技术检验所述流道模型，根据检验结果调整所述流道模型；