工程设计半轴壳体左右两面孔加工组合机床的总体设计外文翻译2.docx
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工程设计半轴壳体左右两面孔加工组合机床的总体设计外文翻译2
在OPENFOAM基础上研究双叶片泵内部流动
文摘:
离心泵的内部流动分析逐渐成为液压设计和一个重要的问题提高性能。
如今,CFD仿真工具箱泵的内部流动主要包含商业工具和开放源工具。
有一些缺陷为商业CFD软件内部三维湍流流动的数值模拟泵,尤其是在捕获偏离设计的操作条件下的流动特性。
此外,很难研究人员做进一步的调查,因为未申报的来源。
因此,一个开源软件喜欢空旷的田野操作和操作(OpenFOAM)与研究人员来自世界各地越来越受欢迎。
在本文中,一个新的计算研究是实现基于最初的解决者和被用来直接模拟稳态内流的双叶片泵,以特定的速度是111。
为了披露特点,三个研究计划进行的。
比率(Q/Qd)的流量是0.8,1.0和1.2,分别。
仿真结果验证了粒子成像测速技术(PIV)实验结果和数值计算结果与实验数据吻合较好。
与此同时,非设计工况下的流动分离现象被OpenFOAM操作条件好。
的结果表明,OpenFOAM具有明显优势强劲计算泵的内部流场。
分析结果也可以作为进一步研究的基础和改善离心泵。
关键词:
数值模拟、双叶片泵内部流动,粒子成像测速技术(PIV)
介绍
双叶片泵是一种离心两个叶片泵。
有两个对称的曲线从进口到出口和叶轮通道叶轮出口很宽。
因此,它通常成为叶轮在固液两相的形状离心泵。
然而,由于短发展历史和不完美的设计理论,其叶轮常常相结合的设计在实践经验的设计师到目前为止,所以它的性能和稳定性不保证[1-3]。
确定泵的性能决定的*项目得到了国家自然科学基金的支持杰出的年轻学者(批准号50825902),中国国家自然科学基金(批准号。
51079062、51079062、51079062)和自然科学江苏省基础(批准号。
BK2009006,BK2010346)。
传记:
刘Hou-lin(1971-),男,博士。
教授检查其内部流动特性无疑最好的方法来提高性能的泵[4-6]。
最近,与CFD的快速进步和计算机技术,模拟内部流已逐渐成为重要的基础优化和设计涡轮机械[7]。
现在,流体机械CFD仿真工具箱主要包含商业和开源工具工具。
多年来,商业软件包是世界上时尚以其丰富的功能和方便使用的质量。
另一方面,CFD软件,商业工具不是很专业,泵的计算结果更少不是令人满意的,尤其是在捕捉流特征在偏离设计的操作条件。
此外,其未申报带来相当大的来源应用数值的不便模拟流体机械。
尽管代码可以通过用户定义函数被添加到实现,它有一个强大的限制。
例如,当一个简单的算法和two-equation湍流模型需要改进,需要有一个通过对控制方程的理解,离散化方法、湍流模型和迭代算法。
然而,核心算法代码和数据处理方法无法获得的商业化,只有几个选项选择。
因此,许多开放源码CFD软件正在流行和高质量开放源码吗CFD仿真平台的开放领域操作和操作(OpenFOAM)是突出由于其强大的功能,清晰的架构,扩大功能,统一格式。
OpenFOAMCFD工具箱被释放一个开源的2004年12月10日,这是基于c++程序,包含许多c++模块可以自由结合一些其他模块等张量、向量、湍流模型、数值算法,判断模块,自动控制模块等等。
因此,它方便使用解决在化学模拟复杂的物理模型反应,湍流流动和热传导,等。
各种各样的工作在流体内部流动通过OpenFOAM机械。
尼尔森[11]的稳定和不稳定计算流Hǒllerforsen水轮机转轮和通风管,OpenFOAM和比较的结果与那些由CFX-5和实验。
最终,的适用性和可靠性OpenFOAM卡普兰水轮机流道和通风管被验证。
珀蒂etal。
[12]验证实现通用的网格界面(GGI)使用冷冻OpenFOAM转子稳定的方法和不稳定滑动网格方法。
然而,所有的模拟进行了简化离心泵的二维模型李[13]模拟由OpenFOAM边界层风洞中,透露,这是适合使用OpenFOAM进行计算风工程(CWE)研究。
目前,有关工作不多泵的内部流动的研究比较OpenFOAM之间的仿真和实验,和相关报道很少。
作为一个开放源代码,OpenFOAM提供直接访问模型和求解实现细节。
然而,有一些缺陷OpenFOAM三维紊流数值模拟的内部流动水轮机把风能量流。
CFD模拟的水轮机把风能量流,独立的三维网状通道或全几何通常连接在一起为了模拟水流通过继承复杂的几何图形像泵的地方固定吸和蜗壳以及旋转的叶轮。
符所有的要求保形吻合匹配接口通常是非常困难或导致几何妥协会影响数值仿真结果的质量。
因此,需要治疗静的接口,这是必要的模拟整个水轮机把风能量流的内部流动。
虽然OpenFOAM功能已经存在,没有定义的目录。
有还需要一组边界条件很容易捕捉基本特征类似因为它可以通过一些其他CFD解决方案。
此外,放松因素控制低松弛,对改善有重要影响稳定的计算。
然而,没有任何指导对这些因素的原则。
因此,论文着重于离心泵与考虑这些因素。
的数值模拟通过使用实现OpenFOAM和泵计算结果验证了粒子成像测速仪(PIV)实验。
这项研究还为实现更高的计算提供了基础泵内部流动通过改善的准确性CFD方法与自编译程序OpenFOAM。
在本文中,为了计算的交互旋转和固定组件之间泵、多参考帧(MRF)解算器使用。
同时,仿真结果也采用PIV测试进行验证。
操作系统使用SUSELinux10.3,使用的版本号目前计算OpenFOAM1.5。
1。
数值方法和模型
1.1控制方程
OpenFOAM工具箱已经提供了解算器MRFSimpleFoam呼吁解决稳态Reynolds-Averagedn-s方程出发湍流模型,如标准k模型。
速度和压力之间的耦合使用简单的方法治疗[14]的MRFSimpleFoam解算器采用有限体积技术的n-s方程离散化旋转参考系:
UR是旋转架速度、r位置向量,p液体运动粘度。
流体密度,压力,
1.2一般网格界面(GGI)
由于定子和转子之间的交互,如何应对电网和信息传输
耦合部分的计算域是一个关键问题精确地模拟字段(15-17日)。
冻结转子的方法MRFSimpleFOAM解算器是一个稳态配方转子和定子的相对位置在哪里固定的。
在同一时间内,转子和定子部分分别将网状。
对于非平涡轮机械y模拟的相对转动网部分必然会产生非保形l接口固定和移动之间的部分。
一个这些网格是必要的为了之间的连接简化网格各涡轮机械复杂性模拟,从而减少计算机时间成本。
BeaudoinGGI,由和Jasak[18]在OpenFOAM可用于这一目的。
这是一个新的OpenFOAM耦合界面,加入多个非保形地区补丁节点每一方的接口不匹配。
该接口使用加权插值来评估和传输流值在一双正形或non-conformal耦合的补丁。
基本GGI界面是类似于一个“静态”的滑动界面的优势,不需要再啮合相邻细胞的接口。
GGI使用Sutherland-Hodgman算法(12)计算主和影子面临十字路口区域。
拒绝些快速算法在一个轴对齐边界框已经实现加快寻找潜在的邻居。
然后,为了迅速处理最后一个不重叠的过滤测试中,一个有效的德国霍曼-Agathos点包容算法[19]已经包括在内到分离轴定理算法[18]。
最后,考虑离散化的影响以适当的方式规模GGI加权因素处理可能出现的非重叠的脸保守,因此保持GGI接口。
1.3边界和初始条件
偏微分方程(PDE)解决了有限体积方法,合适的插值方案的值通常从细胞.
中心面对中心对数值有很大的影响结果,特别是对对流项。
的对流现有方案的解决者被指定为违约线性差分有限,这是一个总递减变化(TVD)计划。
尽管它提供了一个二阶精确离散化方案无条件的对流,它创建一个不稳定实践[20]。
为了实现稳定,fist-order准确逆风差分引入了方案和仿真结果表明TVD方案会更容易比迭代发散和计算失败在模拟泵逆风差分方案内部流动。
因此,TVD方案不适用OpenFOAM模拟泵内部流动。
摘要、高斯头方案和使用在数值测试中可以得到令人满意的结果
除了适当的离散化方案,中亚松驰是另一个重要的技术为提高稳定性的
为算,特别是在解决稳态问题。
中亚松驰作品通过限制数量,其中一个变量改变从一个迭代到另一个,要么通过限制解决矩阵和源之前解决一个字段或直接通过修改字段。
一个低松弛1指定数量,0因素的中亚松驰,从根本没有0。
=1在强度和增加因此,选择一个适当的松弛因子很大的影响计算的效率。
如果松弛因子太大,它会导致分歧很容易计算。
如果太小,结果将收敛缓慢。
此外,适当的放松因素取决于特定问题本身。
因此,没有对松弛因子的模拟指令泵内部流动。
与此同时,如果放松OpenFOAM默认情况下使用的因素检查泵内流,结果将是不稳定的。
摘要放松因素是合适的为模拟根据泵内流[20]。
+=1up最后,放松的因素经过多次测试和中亚松驰决定的(即因素相关的变量。
、压力、动力、湍流动能和湍流耗散率)是0.3,0.7,0.3和0.3。
模拟流场和整个泵,GGI方法需要传输转子和定子之间的信息。
1.4模型
双刀泵的3d模型模拟是由Pro/E。
吸入腔是由semi-spiral设计方法,在蜗壳由平等的速度矩法和设计横截面是矩形,类型线对数螺旋。
双层的设计参数叶片泵如表1所示。
这里n是的计算公式:
在仿真之前,研究网格独立性并选择湍流模型是必要的(21、22)。
混合网格的几何是网状策略和OpenFOAM用于模拟双刀泵内部流动。
研究的数据网格独立性如表2所示。
如果头的区别是小于0.2%,网格数量是可以接受的。
根据计算,方案2满足需要。
所以采用方案2的网格。
的网格是显示在图1。
表1的设计参数
参数标志值
流量Q25.86
头H2.53米
转速n750
具体速度ns111
吸入腔入口直径D0.08米
叶轮进口直径D0.09米
叶片入口直径1D0.0812米
叶轮出口直径2D0.2米
叶轮出口宽度2b0.047米
叶片进口角11(o)18.3
叶片出口角2(o)30
蜗壳进口宽度b30.07米
表2数据为研究网格独立性
网格数量
叶轮螺旋吸力总头H(m)
161873822017530010311390162.46034
257791317934025593710131902.45974
35059991434502028308522792.43180
4378565151341996196295252.40151
表3比较的湍流模型
湍流模型H(m)
标准k-2.45974
RNGk-2.44706
海温2.42225
标准的k-,RNGk-和欧米茄SST湍流模型被用来模拟在离心泵内部流动。
相同的网格,三种湍流模型之间的比较,结果如表3所示。
这是发现与实验数据相比,头获得的标准k-模型是最准确的。
因此,标准的k-动荡模型是用于执行仿真。
对于测试区域,附近的叶轮流道蜗舌被选中。
为了分析内部流好,7条平面曲线是在叶轮设置上,从叶轮进口等距叶轮出口,12点分布在每个曲线等距。
所有的分析文章处理本文基于这些监控点,如图2所示。
为了有效地披露特点,提出了三个研究计划。
的比率(/dQQ)的流量分别是0.8,1.0和1.2,。
2。
结果和分析
2.1相对速度分布相对速度分布在图3。
可以看出,从入口到出口相同的工作条件,有一个低速区附近的入口压力面,中间速度的方向改变,可以发现图的顶视图。
这时,一个回流漩涡看来,一个了不起的jet-wake流模型。
此外,所有点的速度低速度区向上随着半径的增加,最后jet-wake流特性变得不显明的,就消失了。
在叶轮进口的圈子,相对的速度逐步下降,从吸力面附近的压力面附近,然后,当它接近压力方面,速度再次上升,峰值压力面。
随着半径的增加,速度的变化在吸力面附
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