泵曲线：如何使用SimScale评估涡轮机械性能
更新于
2019年9月5日
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甲离心泵性能曲线是一个工具，示出了如何将泵头部和流量方面以及效率进行。当泵向低压扬程泵送时，泵会产生高流量，而当泵向高压扬程泵送时会产生低流量。读取泵的曲线通常会带来挑战，特别是对于不熟悉泵和涡轮机械的工程师而言。在下面的文章中，我们提供了逐步的概述和一个网络研讨会，描述了含义以及如何使用SimScale从计算流体动力学（CFD）仿真中获得量。
泵曲线什么是泵曲线？
性能曲线通常包括三样东西：效率曲线，压力曲线和功率曲线，它们在分析包含泵的系统时都有其用途和意义。
泵性能曲线图泵曲线效率曲线
效率曲线描述了泵每个工作点的效率。泵的峰值效率将以最小的功率产生最大的功率输出。涡轮机械的效率取决于它是回收能量还是提供能量。在这种情况下，泵正在为流体提供能量，因此效率是系统输出的功率与系统输入的功率之比。
N是效率，Pout是电源，Pin是电源。泵曲线功率输出和压差曲线
系统的功率是根据流量进行测量的。为了对此进行测量，功率是体积流量乘以系统两端的压差。在从CFD中恢复此信息方面，我们可以监视入口和出口边界处的平均压力以获得压差，然后观察面积积分以计算流量（如果未知）。
在这种情况下，Q是体积流量，dP是泵两端的压力变化。泵曲线功率曲线
在这种情况下，功率是驱动机构为维持指定流量所需的泵的轴功率（有时以制动马力或BHP来衡量）。这通常由电动机或发动机提供。进入系统的功率是施加到泵轴上以产生压力差的功率。
旋转功率是通过将绕中心（轴旋转轴）的扭矩或力矩乘以轴的弧度/秒来计算的。
扭矩是使用表面压力从CFD结果获得的。SimScale通过选择感兴趣的面（叶轮）并指定旋转轴和点来自动计算围绕点和轴的转矩。扭矩直接从平台上获取，在结果控制下可以作为力和力矩获得。
Tau是扭矩，ω是角速度。泵曲线如何读取泵曲线
压头向读者显示在给定的压头下可以保持何种流速，即，如果泵需要从压力为2的储罐向压力为1的储罐供应流量，它可以保持什么流速？这定义了泵必须运行的工作点，并且泵曲线可以定义此条件下所需的效率，流量和功率。可以比较不同的泵曲线，以选择适合当前应用的正确泵。
Dp是压力差，p是边界压力。压差通常描述为压头（压头是高度），可以通过压力获得。这可能以英尺或米为单位，并且将显示单位。
其中h是水头，rho是密度，g是重力。我们的案例：通过CFD的泵曲线
我们模拟案例的目的是分析泵的设计，并获得有关其运行能力的足够信息，以创建泵曲线特征。通过对泵CAD模型进行CFD评估，我们能够在下面所述的过程中实现这一目标。
模拟设置
CFD仿真使用稳态不可压缩流，湍流模型k-omega SST模型和旋转区域模型。
模拟泵的后处理图像显示了流体速度流线接下来，使用以十六进制为主导的参数设置网格，并对层，表面，体积和单元格区域进行补充。
用于流体流动模拟的泵CAD设计网格对于此模拟，应用了各种固定流速，而不是在不同的压差下进行测试。这为泵曲线产生了更可靠的数据。评估泵产生高压还是低压的最简单方法是将出口压力设置为0帕斯卡（Pa）。压力出口与这种情况无关，因为它是不可压缩的流动模拟。高于0 Pa的任何东西都是高，低于0 Pa的任何东西都是低。
离心泵本质上是叶轮泵，这意味着它的核心包括一个旋转叶轮。为了正确模拟，应该建立一个旋转区域，其中该体积内的任何东西都在“旋转”。在处理内部几何图形时，有时可能很难将该区域完美地适合于主要几何图形。因此，旋转区域向外延伸，以避免出现诸如网眼质量差的问题。在此阶段，重要的是要确保旋转中心准确并等于旋转区域中定义的旋转中心。代替在内部旋转几何图形，应该在壁和流体域上施加旋转力以给出可靠的近似值。在我们的案例研究中，力绕旋转轴以每秒157弧度的速度旋转。
如何读取泵浦曲线：哪些结果相关？
在结果控制中，评估效率时的重点是输入电源的功率与输出电源的功率之比。入口压力与出口压力之间的压差以流量的形式显示了泵推出的功率。这是通过平均面积并定期监控平均压力（例如每10秒）获得的。此CFD模拟在力图中提供了大量数据。查看力图，旋转轴上的压力力矩显示出施加在叶轮上的必要扭矩，以维持给定角速度下的状态。
使用这些关键结果得出泵的特性曲线，可以可靠地读取泵的性能效率。这使您或您的客户能够更好地了解离心泵在涡轮机械应用中的性能，或将其与其他产品或泵设计进行比较。
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