海水泵的数值模拟与试验分析

张化川 范祖相 王东柱 徐剑云 于 健

（1.中国船舶集团有限公司第七一一研究所，上海 201203；2.上海齐耀动力技术有限公司，上海 201203）

前言

随着我国船舶事业的高速发展，重大装备国产化步伐的不断加快，船用海水泵作为船上海水系统的重要组成部分，它的高效性、稳定性和安全性显得尤为重要。本文研究对象为我司试研制的4叶片高比转速大型立式海水泵，通过VC++程序对已知叶轮水力数据进行读取和叶片三维造型。采用STAR-CD软件，基于雷诺时均方程、标准k-ε模型以及SIMPLE算法，对叶轮及蜗壳内部三维不可压缩流体进行数值模拟[1]，得到了海水泵内部流场分布情况，并预测了扬程效率曲线。

一、三维造型

在VC++下通过包角变换及流线迭代法生成叶片骨线，导入UG中通过曲线网格直接生成带圆角的叶片三维造型，如图1。

图1 叶轮及UG成型图

二、数值方法

1.网格划分

在ANSYS-ICEM和STAR-CD的前处理Pro-star中完成网格划分，采用四面体和六面体的混合网格结构，网格总数140万：

2.计算方法

对于海水泵中不可压缩流体的恒定流动，根据Boussinesq涡黏性假设，连续性方程和动量方程可写成张量形式：

p*——包含湍动能k的等效压力

p——介质密度

Fi——相对坐标系中的单位质量力

eµ——有效黏性系数，分子黏性系数µ与湍流涡黏性系数τµ之和ui、uj——静止坐标系中流体的速度分量标准k-ε湍流模型为

τµ——湍流涡团黏性系数

Gk——由平均速度梯度引起的湍动能k的产生项

C1ε、C2ε、Cµ、σε——常数

在上述湍流模型中，经验系数C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cµ=0.09，

3.边界条件

在计算域进出口边界条件分别采用速度进口和outflow出口，吸入室、叶片表面、前后盖板和蜗壳的内表面上均采用无滑移固壁边界条件。……