基于SolidWorks的离心泵叶轮研究

吴业胜（广东工业大学机电工程学院，广东广州510006）

基于SolidWorks的离心泵叶轮研究

吴业胜（广东工业大学机电工程学院，广东广州510006）

以离心泵叶轮为研究对象，运用SolidWorks建模并使用SolidWorksflowsimulation插件模拟研究了离心泵内部流场的压力及速度分布情况，将软件分析与数学推导相结合，研究离心泵叶轮的参数间关系。

离心泵；叶轮；流场分析；SolidWorks

离心泵在工业生产中已不可或缺，它广泛运用于农业工程、输送工程，有机化学工业，航空航天、能源工程等国民经济建设中。离心泵在泵类产品中的份额占到70%以上，用电量是全厂用电量的50%左右，在生产中起着关键性作用［1-2］。叶轮作为离心泵最重要的过流部件，它的水力性能的优劣直接影响着离心泵的性能［2］。结合软件和数学分析，本文将探讨叶轮结构参数间的联系，研究离心泵的性能。

1　数学分析

建立叶轮上微团数学模型，经受力分析和计算得［1］：

可知，内径不变，离心泵的压力随外径和转速的增大而升高。

可知当内径不变，外径增加时，离心泵的扬程也会增加，此与离心泵切割定律相符。目前离心泵的切割定律在企业中运用广泛，通过切割离心泵的叶轮外径来使扬程满足企业的要求［3］。

2　流场分析

2.1三维建模

为了避免分析的干扰和错误，运用SolidWorks对模型进行了细小的简化［4］，如图2-1所示。

图2-1　离心泵流体分析

2.1.1Wizard设置

在analysistype中选择internal，Excludecavitieswithoutconditions。在Rotation中，参考现有模型设置离心泵叶轮旋转速度为2950r/min，设置流体为水，流动类型为层流和湍流。网格划分选择4级精度进行分析。

2.1.2边界条件设置

流体问题一般是“初边值问题”［4］。设置流场入口流量为0.06m3/s，出口为101325Pa，温度为293.2K，壳体上其余流体经过的面都设置为固定面壁，选择realwall，并设置过滤面。选取整个叶轮，设置平均流量和压力为计算目标。

2.2结果分析

2.2.1速度分析

如图2-2所示。（a）叶轮上流体的速度大小成环形往径外递增。（b）流体做离心运动，自叶轮圆心向叶轮外侧扩展。（c）流体沿着直径方向，速度逐渐增大，当流体离开叶轮，速度逐渐减小，这再次验证了流体在叶轮做功下动能增加，最后转化为静压能，流出壳体。

图2-2　离心泵流场速度分布

2.2.2压力分析

如图2-3所示。（a）在叶片上，随着叶片的伸长，压力不断增大。（b）流场中的压力随着径向距离的增加而增加，最终保持在一个平稳值以提供扬程。（c）在流体刚进入离心泵时压力变化不大，甚至呈减小趋势产生真空。当经过叶片时，获取能量流体压力瞬间增加，离开叶轮后沿着径向平稳增加，逐渐变为静压力。

图2-3　离心泵流场压力分布

3　结语

3.1通过数学分析，离心泵内部流场中的流体扬程、压力和速度随外径的增加而增加，所得结论与切割定律吻合。

3.2运用SolidWorks简化建模是合理的，运用flowsimulation插件对离心泵内部流场分析是可行的，结果与现有的结论相一致。

3.3综合数学和软件分析，此分析结果与大量试验及理论研究的结论相一致。

［1］杨诗成，王喜魁.泵与风机［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］许胜涛，叶凡，阚望，周毅钧.离心泵建模及其流场模拟分析研究［J］.机械研究与运用，2014，27（3）：39-40，55.

［3］张洪宝.离心泵节能改造探究［J］.石油和化工节能，2014，（2）：17-18，30.

［4］李丽，宋淑娥，江亲瑜，李宝良.高压小流量离心泵流体力学分析［J］.润滑与密封，2009，34（3）：62-65.