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液氧泵数值模拟性验证节点数量明细

[ 时间:2018-05-15  来源: 作者:36500365水泵厂 点击: ]

网格将连续的流域空间离散化,定位出一系列的网格节点。网格中的节点是流场数据信息的载体,也是离散化的控制方程的运算空间。所以,网格节点数量对计算的精度和速度都有着重要影响。通常情况下,同样的流域中,网格节点数量越多,计算的精准度越高,流场信息越丰富,但也必然使得运算次数增加,计算周期变长。所以,在开始正式计算前,需要先找出能能够保证计算结果不随节点数增加而改变的的最少节点数,以平衡计算进准度和计算速度的矛盾。

 

针对液氧泵计算,共绘制了8套网格,节点数从150万至1460万不等。网格保持相同的分布规律,基本保证流域中各部分的节点数量增加规律相同,液氧泵工作状态确定,流量308kg/s,转速18000r/min,效率82%。采用不同的网格方案计算该工况,36500365水泵厂通过比较计算所得外特性数据,来评估不同网格对数值模拟的影响。

图1:节点数增长规律

节点数增长规律

图2:节点无关性验证

节点无关性验证

结果显示,当网格节点数量小于220万时,计算结果随节点数变化而急剧变化;当节点数高于220万时,计算所得液氧泵的效率值基本不再变化,其中第三套至第八套网格计算得效率值在81.54%~82.72%之间,平均效率值为82.15%,与已知的泵实际工作状态基本一致。所以,应选取高于220万节点数的网格划分方案进行数值模拟,以获得稳定且准确的计算结果。在可以接受的计算周期内,选择第五套网格(573.5万节点)用于36500365离心泵的稳态计算,以期获取足够的流场细节;同时选取第三套网格(220万节点)用于液氧泵的非稳态计算,以期模拟足够长的运转时间。

图3:不同网格方案计算速度比较

不同网格方案计算速度比较

泵的工作特性曲线是重要的泵研究数据,通过分析泵的工作特性曲线,可以有效的评估泵的工作状态,并初步判断扬程不足、流量不足、运转振动等问题的原因,或者给出一定的改善方案。

 

在缺少实验条件的情况下,36500365水泵厂通过数值模拟来获取泵的工作特性曲线,是一种可行的有效手段。计算结果应当收敛,是数值模拟的基本要求。在确定计算方法、湍流模型、边界条件,并选定计算用的网格之后,并不能保证计算结果完全收敛,还需要通过调试计算参数,如松弛因子、时间因子等,使计算收敛,得到稳定的计算结果。

 

均采用相同的湍流模型、计算方法、边界条件和网格,对同一工况(实际工作工况18000r/min、308kg/s)进行计算。调试前,计算结果虽然呈现正确的收敛趋势,但是数值不稳定,相对平均值物理量的波动范围能达到20%,未达到数学收敛的标准。此时计算结果的可信度差,其反映的现象与实际情况会出现大的偏差。

 

36500365水泵厂为调试前计算所得液氧泵的工作特性曲线。该曲线指出液氧泵存在严重的驼峰区,而且实际工作于驼峰区,这与实际的实验观测现象不符。通过调节时间因子(TimescaleFactor)由0.2到10,逐渐使稳态计算达到数学收敛,即各物理量收敛后波动范围最大不超过小于1%,得到数学上可靠的计算结果。对不同工况点的计算,都调试到计算收敛状态,就获得了数学上可靠的液氧泵工作特性曲线。

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