一種基於cfd的離心泵空化性能的預測方法
2023-08-22 22:15:16 2
一種基於cfd的離心泵空化性能的預測方法
【專利摘要】本發明提高一種基於CFD的離心泵空化性能的預測方法，涉及使用CFD空化模型預測離心泵NPSHr的方法。主要包括以下步驟：在CFX軟體中邊界條件設置為進口固定總壓和出口固定質量流量，進行快速的數值模擬計算，估算出泵的揚程；在新的邊界條件下，在CFX軟體中再次算出泵的揚程；在CFX軟體中，邊界條件為進口固定質量流量和出口固定靜壓，進行模擬計算得到一個比較接近真實值的NPSHr的估算值；邊界條件設置為進口固定質量流量和出口固定靜壓，在CFX軟體中模擬計算出非常接近揚程下降3％的點，所得NPSHr的值非常接近真實值；若上一步的計算結果在精度範圍內，過程結束，否則重複上一步內容。本發明是一種可預測並可控的模擬方法，並節省了模擬次數和模擬時間。
【專利說明】-種基於CFD的離心累空化性能的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及到離屯、累空化預測領域，尤其是一種基於C抑的離屯、累空化性能的預 測方法。
【背景技術】
[0002] 累汽蝕餘量是表徵水累汽蝕性能的重要參數之一，並據此計算水累裝置幾何吸 上高度和確定水累安裝高程，在實踐上具有重要意義。水累汽蝕性能的優劣、累汽蝕試驗 方法的正確與否，不僅要影響累站的建設投資和安全運行，而且還影響到累站建設的經濟 效益和社會效益。在國際投標競爭中，累汽蝕餘量的大小直接影響到評標價格和投標的成 敗。當累的進口壓力下降到某個值時，空化區域出現並發展，累的揚程開始大幅度下降，工 程上常用揚程下降3%時的汽蝕餘量NPSH作為累的必須汽蝕餘量NPSHr，但是目前國內對 臨界汽蝕餘量WS化的預測仍存在較大的困難。
[0003] 現在對WS化的預測方法有實驗方法和CFD數值模擬方法，由於成本較低，現在W C抑數值模擬為主，實驗驗證為輔。傳統C抑數值模擬是；採用進口總壓逐漸下降方法，即設 定不同的進口總壓來進行一系列的數值模擬來預測累的WS化，直到找到揚程下降3%的 點。在CFD軟體中，傳統方法是進口邊界設置為固定總壓，出口邊界設置為固定流量。理 論上，該方法在多次模擬計算後能預測出揚程下降3%時的WS化，但由於一些模擬點可能 會出現在嚴重空化區域，且不可控，在那裡模擬也將花很長時間完成，所W在一個流量下使 用十次或W上次數的模擬來計算WS化是很常見的。
[0004] 必需汽蝕餘量WS化是規定累要達到的性能參數，其值越小，累的抗汽蝕性能越 好，因此，預測得到累的必須汽蝕餘量WS化對提高累的穩定運行具有重要意義。
[0005] 上述現有方法預測WS化都存在一個普遍問題，那就是模擬的時間長，且難W保 證模擬的精度。
【發明內容】
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供一種基於C抑的離屯、累空化性能的預測方法快 速預測離屯、累WS化。
[0007] 為達到W上目的，採用如下計算方案，一種基於C抑的離屯、累空化性能的預測方 法，包括W下步驟，
[000引步驟一；給定質量流量M*，進口總壓PTi。*，在CFX軟體中，設置邊界條件：
[0009] 進口設置為固定總壓；PTin(O) = PTin*
[0010] 出口設置為固定質量流量：Mwt (0) = M*
[0011] 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：出口總壓；PT"t(〇)，
[0012] 出口 靜壓；PSDut(O)，
[0013] 則累揚程和動壓根據計算可W得到；揚程H(0) = PT"t(0)-PTh(0)，
[0014] 動壓 DH (0) = PT。"（0) -PSwt (0)
[0015] 步驟二：在CFX軟體中，設置邊界條件：
[0016] 進口設置為固定質量流量；Mh(l) =M*
[0017] 出口設置為固定靜壓PSwt(l) = PSwt(O)
[001引在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTh(l)
[0019] 出口 總壓；PT〇ut(l)
[0020] 計算得到的累的揚程；H(l) = PTwtW-PT化（1)
[002U 動壓 DH(1) =PTDut(l)-PSDut(l)
[0022] 所述累的揚程H(l)是累不發生空化時的滿載揚程HlOO，
[002引根據公式= 是進口總壓PTh(l)，Pv是流體的蒸汽壓力，P是密度， g是重力加速度，計算可W得到H-NPSH曲線上的第一個點，
[0024] 步驟=;在CFX軟體中，設置邊界條件；
[002引進口設置為固定質量流量；Mi。(2) = M*
[0026] 出口設置為固定靜壓PSwt似=(1-日化100-畑（1)，
[0027] 工程上常用揚程下降a，時的汽蝕餘量NP甜作為累的必須汽蝕餘量WS化，2% < a <4%，在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTi。(2)
[002引 出口總壓；PT。化（2)
[0029] 計算得到累的揚程；H(2) = PTDut(2)-PTh(2)
[0030] 動壓；DH 似=PTout (2) -PS。化（2)
[0031] 根據公式= PT是進口總壓PTh(2)，Pv是流體的蒸汽壓力，P是密度， g是重力加速度，計算可W得到H-NPSH曲線上的第二個點，
[0032] 步驟四：在CFX軟體中，設置邊界條件：
[003引進口設置為固定質量流量；Mi。(3) = M*
[0034] 出口設置為固定靜壓PSwt做=(1-日）化〇〇+PTh(2)-畑似
[003引在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTi。(3)
[0036] 出口 總壓；PT〇ut(3)
[0037] 計算得到累的揚程；H(3) = PTDut(3)-PTh(3)
[003引動壓；DH 做=PTout (3) -PSout (3)
[0039] 根據公式= PT是進口總壓PTh(3)，Pv是流體的蒸汽壓力，P是密度， g是重力加速度，計算可W得到H-NPSH曲線上的第S個點。
[0040] 進一步的，若步驟四的精確度不在預期範圍內，則需要更多模擬進行提高，重複步 驟四W到達預期的精度範圍。
[0041] 進一步的，所述a =3%。
[0042] 本發明的有益效果是：與傳統方法比較，該方法介紹了一種可預測並可控的模擬 方法，並節省了模擬次數和模擬時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043] 圖1是傳統逐漸下降方法示意圖
[0044] 圖2是採用該新發明的方法示意圖
【具體實施方式】
[0045] 本發明的目的在於使用C抑空化模型快速預測離屯、累WS化的值，該方法具體在 CFD軟體CFX上進行，具體如下；
[0046] 步驟一；
[0047] 目的；在給定質量流量M*情況下，累正常運行時，利用CFX軟體進行模擬計算得到 揚程H(0)。設置邊界條件：進口設置為固定總壓；PTh(O) =PTi。*
[0048] 出口設置為固定質量流量：Mwt (0) = M*
[0049] 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：出口總壓；PT"t (0)，
[0050] 出口 靜壓；PS〇ut(0)，
[0化^ 則累揚程和動壓根據計算可W得到；揚程H(0) = PT"t(0)-PTh(0)，
[005引動壓 DH (0) = PTout (0) -PSout (0)
[0053] 步驟二；
[0054] 目的；在新的邊界條件和不變的質量流量M*下得到累的未發生空化的滿載揚程 HlOOo
[0055] 設置邊界條件進口設置為固定質量流量；Mh(l) = M*
[0056] 出口設置為固定靜壓PSwt(l)，該值根據上一步中的模擬計算值得到：
[0057] PSwt(l) = PSwt(O) = PTwt(0)-DH(0) = H(0)+PT 化(O)-DH(O)
[005引在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTh(l)
[0059] 出口 總壓；PT〇ut(l)
[0060] 則累揚程和動壓根據計算可W得到；滿載揚程化00 = H(l) = PT"t(l)-PTi"(l)
[0061] 動壓 DH(1) =PTDut(l)-PSDut(l)
[0062] 該樣再根據公式= (PT是進口總壓PTin(l)，Pv是流體的蒸汽壓力，p 是密度，g是重力加速度）計算可W得到H-NPSH曲線上的第一個點。
[0063] 步驟S ;
[0064] 目的；該一步忽略進口總壓PTh(l)，且使出口總壓PT"t(l)等於累揚程化00的 97%，因此得到一個比較靠近真實值的WS化的估算值。
[0065] 設置邊界條件；進口設置為固定質量流量；Mi。似=M*
[0066] 出口設置為固定靜壓PSwt (2)，該值根據上一步中的模擬計算值得到，計算時忽略 進口總壓PTh(l)，且使出口總壓等於累揚程化00的97% :
[0067] PS〇ut(2) = 0. 97H100-DH(1)
[0068] 在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTi。(2)
[0069] 出口 總壓；PT。化（2)
[0070] 則累揚程和動壓根據計算可W得到；揚程；H(2) = PT"t(2)-PTh(2)
[0071 ]動壓；DH 似=PTout (2) -PS。化（2)
[0072] 該樣再根據公式= (PT是進口總壓PTin(2)，Pv是流體的蒸汽壓力，P A 〇 是密度，g是重力加速度）計算可W得到H-NP甜曲線上的第二個點，且該點比較接近真實 的WS化值。步驟四；
[007引 目的；該步使用上一步計算的進口總壓PTi。似修改出口邊界，因此能得到一個非 常靠近真實值的WS化的估算值
[0074] 設置邊界條件；進口設置為固定質量流量；Mi。(3) = M*
[0075] 出口設置為固定靜壓PSwt (3)，該值根據上一步中的模擬計算值得到，計算時考慮 進口總壓PT化(2)，且使出口總壓PTwt (2)等於累揚程H100的97 % :
[0076] PSout (3) = 0. 97H100+PT化（2) -DH (2)
[0077] 在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTi。(3)
[007引 出口 總壓；PT0ut(3)
[0079] 則累揚程和動壓根據計算可W得到；揚程；H(3) = PT"t(3)-PTh(3)
[0080] 動壓；DH 做=PTout (3) -PSout (3)
[0081] 該樣再根據公式^?/(PT是進口總壓PTin(3)，Pv是流體的蒸汽壓力，P 是密度，g是重力加速度）計算可W得到H-NPSH曲線上的第S個點，一般情況下該點即計 算得到的真實的WS化值。
[0082] 步驟五；
[0083] 目的；可選步驟，W進一步提高精度。（n = 3, 4, 5……）
[0084] 設置邊界條件；進口設置為固定質量流量；Mi。(n+1) = M*
[0085] 出口設置為固定靜壓PSwt (n+1)，該值根據上一步中的模擬計算值得到，計算時考 慮進口總壓PTi>)，且使出口總壓PTwt(n)等於累揚程的97% :
[0086] PSout (n+1) = 0. 97H100+PT化（n) -DH (n)
[0087] 在CFX中模擬計算後處理輸出得到進口總壓；PTi。(n+1)
[0088] 出口 總壓；PTwt(n+l)
[0089] 則累揚程和動壓根據計算可W得到；揚程；H(n+1) = PT"t (n+1)-PTh(n+l)
[0090] 動壓；DH (n+1) = PTout (n+1) -PSout (n+1)
[0091] 該樣再根據公式= (PT是進口總壓，Pv是流體的蒸汽壓力，p是密度， g是重力加速度）計算可W得到H-NPSH曲線上的第n個點，若精度足夠，則該點即計算得到 的真實的WS化值。
[0092] 所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在不 背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換 或變型均屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種基於CFD的離心泵空化性能的預測方法，其特徵在於：包括以下步驟， 步驟一：給定質量流量M*，進口總壓PTin*，在CFX軟體中，設置邊界條件： 進口設置為固定總壓：PTin (O) =PTin* 出口設置為固定質量流量：Mwt(O) =M* 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：出口總壓：PTtjut (0)， 出口 靜壓：PStjut(O), 則泵揚程和動壓根據計算可以得到：揚程H(O) =PTrat(O)-PTin(O), 動壓DH(O) =PTwt(O)-PSwt(O) 步驟二：在CFX軟體中，設置邊界條件： 進口設置為固定質量流量：Min(I) =M* 出口設置為固定靜壓PSwt(I) =PSwt(O) 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：進口總壓：PTiJl) 出口 總壓：PTtjut(I) 計算得到的泵的揚程：H(1) =PTwt(I)-PTin(I) ^JiDH(I) =PTout(I)-PSout(I) 所述泵的揚程H(I)是泵不發生空化時的滿載揚程H100， PT-Pv 根據公式= PT是進口總壓PTinQ)，Pv是流體的蒸汽壓力，p是密度，g是 重力加速度，計算可以得到H-NPSH曲線上的第一個點， 步驟三：在CFX軟體中，設置邊界條件： 進口設置為固定質量流量：Min (2) =M* 出口設置為固定靜壓PSwt⑵=(I-a)HlOO-DH(I) 工程上常用揚程下降a時的汽蝕餘量NPSH作為泵的必須汽蝕餘量NPSHr，2%<a< 4%, 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：進口總壓：PTin(2) 出口 總壓：PTtjut (2) 計算得到泵的揚程：H(2) =PTwt (2)-PTin (2) 動壓：DH(2) =PT〇ut (2) -PS〇ut (2) PT-Pv 根據公式n= PT是進口總壓PTin(2)，Pv是流體的蒸汽壓力，P是密度，g是 重力加速度，計算可以得到H-NPSH曲線上的第二個點， 步驟四：在CFX軟體中，設置邊界條件： 進口設置為固定質量流量：Min (3) =M* 出口設置為固定靜壓PSwt (3) = (I-COHlO(HPTil^)-DHO) 在CFX中模擬計算後處理輸出得到：進口總壓：PTin(3) 出口 總壓：PTtjut (3) 計算得到泵的揚程：H(3) =PTwt(3)-PTin(3) 動壓：DH(3) =PT〇ut (3) -PS〇ut (3)
'PT是進口總壓PTin(3)，Pv是流體的蒸汽壓力，P是密度，g是 重力加速度，計算可以得到H-NPSH曲線上的第三個點。
2. 根據權利要求1所述一種基於CFD的離心泵空化性能的預測方法，其特徵在於：若 步驟四的精確度不在預期範圍內，則需要更多模擬進行提高，重複步驟四以到達預期的精 度範圍。
3. 根據權利要求1-2任意一項所述一種基於CFD的離心泵空化性能的預測方法，其特 徵在於：所述a= 3%。
【文檔編號】G06F17/50GK104504219SQ201510011855
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月9日 優先權日:2015年1月9日
【發明者】裴吉, 陳佳, 王文杰, 袁壽其, 袁建平, 駱寅 申請人:江蘇大學