[发明专利]一种自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法

权利要求书

1.一种自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、以自吸离心泵作为研究对象，利用模拟计算的初始条件进行计算；所述模拟计算的初始条件的确定方法为：取一段进水管充满空气作为自吸过程流动模拟计算的初始条件；

步骤2、运用非稳态数值模拟方法，对自吸离心泵起动后气液两相流动的瞬态过程进行数值模拟；

步骤3、估算自吸性能参数。

2.如权利要求1所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于，所述步骤1中，所述自吸过程视为等温过程，所述等温过程的进出口边界条件根据压力来设置。

3.如权利要求1所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于，所述步骤2中，对自吸离心泵的所述数值模拟采用滑移网格进行非稳态计算：设置泵体与叶轮接触的交界面为滑移界面，叶轮域设在转动坐标系，进水管域、蜗壳域、气液分离室域、储液室域和出水管域均设在固定坐标系；对自吸离心泵的所述数值模拟的控制方程通过多相流VOF方法和标准k-ε湍流模型来确定，计算所述控制方程的方法为：非定常三维有限体积SIMPLE的隐式算法，所述控制方程的时间步长根据自吸泵的转速值和叶片数确定；所述控制方程的两相流动、湍动能及湍流耗散率的离散格式均取二阶迎风格式。

4.如权利要求1所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于,所述步骤3中，估算自吸性能参数的估算方法为：利用计算出的自吸泵内气液两相分布、压力分布和速度分布与时间的关系以及叶轮入口和泵出口气液相流量随时间的变化关系，来估算自吸性能参数。

5.如权利要求1所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于，在所述步骤1之前，至少采取以下一种简化措施：（1）自吸泵以恒定的工作转速运行；（2）选取叶轮吸入安装高度为200mm，选取进水管空气吸入段长度为495mm；（3）当自吸泵内95%～99%的空气排出泵体时，计算终止。

6.如权利要求3所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于,所述非稳态计算采用滑移网格进行计算，设置泵体与叶轮接触的交界面为滑移界面，叶轮域设在转动坐标系，进水管域、蜗壳域、气液分离室域、储液室域和出水管域均设在固定坐标系。

7.如权利要求3所述的自吸泵自吸过程流动模拟的计算方法，其特征在于,所述控制方程的基本控制方程组如下：

连续性方程：∂ρ∂t+▿·ρu=0,---(1-1)]]>

其中，ρ是密度，t是时间，u是速度矢量；

动量方程：∂(ρui)∂t+∂(ρuiuj)∂xj=μ∂2ui∂xj∂xi-∂P∂xi+ρFi,---(1-2)]]>

其中，u是速度，μ是动力粘度，P是静压，F是外部体积力；

所述标准k-ε湍流模型中的湍流能量k的输运方程如下：

∂∂t(ρk)+∂∂xj(ρuik)=∂∂xj((μ+μtσk)∂k∂xj)+Gk+Gb-ρϵ-YM+Sk,---(1-3)]]>

其中，σ_k为k方程的湍流Prandtl数，σ_k=1；G_k是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，G_b、Y_M分别是浮力产生的湍流动能和可压缩湍流中扩散产生的生成项，S_k是用户定义的湍流能量k的源项；

所述标准k-ε湍流模型中的湍流能量粘性耗散率ε的输运方程如下：

∂∂t(ρϵ)+∂∂xj(ρuiϵ)=∂∂xj((μ+μtσϵ)∂ϵ∂xj)+C1ϵϵk(Gk+C3ϵGb)-C2ϵρϵ2k+Sϵ,---(1-4)]]>

其中，C_1ε、C_2ε和C_3ε是常数，C_1ε=1.44，C_2ε=1.92，C_3ε=0.09；σ_ε是ε方程的湍流Prandtl数，σ_ε=1.3；S_ε是用户定义的湍流能量粘性耗散率ε的源项。