泵曲線：如何使用SimScale評估渦輪機械性能
撰寫者
梅格·詹金斯（Meg Jenkins）
更新于
2019年9月5日
大約閱讀時間
5分鐘
甲離心泵性能曲線是一個工具，示出了如何將泵頭部和流量方面以及效率進行。當泵向低壓揚程泵送時，泵會產生高流量，而當泵向高壓揚程泵送時會產生低流量。讀取泵的曲線通常會帶來挑戰，特別是對于不熟悉泵和渦輪機械的工程師而言。在下面的文章中，我們提供了逐步的概述和一個網絡研討會，描述了含義以及如何使用SimScale從計算流體動力學（CFD）仿真中獲得量。
泵曲線什么是泵曲線？
性能曲線通常包括三樣東西：效率曲線，壓力曲線和功率曲線，它們在分析包含泵的系統時都有其用途和意義。
泵性能曲線圖泵曲線效率曲線
效率曲線描述了泵每個工作點的效率。泵的峰值效率將以最小的功率產生最大的功率輸出。渦輪機械的效率取決于它是回收能量還是提供能量。在這種情況下，泵正在為流體提供能量，因此效率是系統輸出的功率與系統輸入的功率之比。
N是效率，Pout是電源，Pin是電源。泵曲線功率輸出和壓差曲線
系統的功率是根據流量進行測量的。為了對此進行測量，功率是體積流量乘以系統兩端的壓差。在從CFD中恢復此信息方面，我們可以監視入口和出口邊界處的平均壓力以獲得壓差，然后觀察面積積分以計算流量（如果未知）。
在這種情況下，Q是體積流量，dP是泵兩端的壓力變化。泵曲線功率曲線
在這種情況下，功率是驅動機構為維持指定流量所需的泵的軸功率（有時以制動馬力或BHP來衡量）。這通常由電動機或發動機提供。進入系統的功率是施加到泵軸上以產生壓力差的功率。
旋轉功率是通過將繞中心（軸旋轉軸）的扭矩或力矩乘以軸的弧度/秒來計算的。
扭矩是使用表面壓力從CFD結果獲得的。SimScale通過選擇感興趣的面（葉輪）并指定旋轉軸和點來自動計算圍繞點和軸的轉矩。扭矩直接從平臺上獲取，在結果控制下可以作為力和力矩獲得。
Tau是扭矩，ω是角速度。泵曲線如何讀取泵曲線
壓頭向讀者顯示在給定的壓頭下可以保持何種流速，即，如果泵需要從壓力為2的儲罐向壓力為1的儲罐供應流量，它可以保持什么流速？這定義了泵必須運行的工作點，并且泵曲線可以定義此條件下所需的效率，流量和功率。可以比較不同的泵曲線，以選擇適合當前應用的正確泵。
Dp是壓力差，p是邊界壓力。壓差通常描述為壓頭（壓頭是高度），可以通過壓力獲得。這可能以英尺或米為單位，并且將顯示單位。
其中h是水頭，rho是密度，g是重力。我們的案例：通過CFD的泵曲線
我們模擬案例的目的是分析泵的設計，并獲得有關其運行能力的足夠信息，以創建泵曲線特征。通過對泵CAD模型進行CFD評估，我們能夠在下面所述的過程中實現這一目標。
模擬設置
CFD仿真使用穩態不可壓縮流，湍流模型k-omega SST模型和旋轉區域模型。
模擬泵的后處理圖像顯示了流體速度流線接下來，使用以十六進制為主導的參數設置網格，并對層，表面，體積和單元格區域進行補充。
用于流體流動模擬的泵CAD設計網格對于此模擬，應用了各種固定流速，而不是在不同的壓差下進行測試。這為泵曲線產生了更可靠的數據。評估泵產生高壓還是低壓的最簡單方法是將出口壓力設置為0帕斯卡（Pa）。壓力出口與這種情況無關，因為它是不可壓縮的流動模擬。高于0 Pa的任何東西都是高，低于0 Pa的任何東西都是低。
離心泵本質上是葉輪泵，這意味著它的核心包括一個旋轉葉輪。為了正確模擬，應該建立一個旋轉區域，其中該體積內的任何東西都在“旋轉”。在處理內部幾何圖形時，有時可能很難將該區域完美地適合于主要幾何圖形。因此，旋轉區域向外延伸，以避免出現諸如網眼質量差的問題。在此階段，重要的是要確保旋轉中心準確并等于旋轉區域中定義的旋轉中心。代替在內部旋轉幾何圖形，應該在壁和流體域上施加旋轉力以給出可靠的近似值。在我們的案例研究中，力繞旋轉軸以每秒157弧度的速度旋轉。
如何讀取泵浦曲線：哪些結果相關？
在結果控制中，評估效率時的重點是輸入電源的功率與輸出電源的功率之比。入口壓力與出口壓力之間的壓差以流量的形式顯示了泵推出的功率。這是通過平均面積并定期監控平均壓力（例如每10秒）獲得的。此CFD模擬在力圖中提供了大量數據。查看力圖，旋轉軸上的壓力力矩顯示出施加在葉輪上的必要扭矩，以維持給定角速度下的狀態。
使用這些關鍵結果得出泵的特性曲線，可以可靠地讀取泵的性能效率。這使您或您的客戶能夠更好地了解離心泵在渦輪機械應用中的性能，或將其與其他產品或泵設計進行比較。
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