不同湍流模型在离心压缩机叶轮内流场数值模拟中的比较研究

以SIMPLEC算法为基础,运用3个湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型、realizable k-ε模型)模拟了离心压缩机叶轮内部湍流流动,考查了不同湍流模型在计算叶轮机械内部分离流动时的性能。数值实践表明,RNG模型性能最优,应优先考虑使用RNG模型进行叶轮机械内流模拟。     

旋转离心叶轮内部非定常流动的PIV测量

利用激光成像速度仪(PIN)测量了旋转离心叶轮内部的非定常流场。通过对实验数据的进一步处理，获得了旋转离心叶轮内部相对速度的非定常流场分布。详细分析了叶轮内部非定常流动现象和流动规律。通过实验研究发现，旋转离心叶轮内部的流动是非定常的；在叶轮出口处，叶片的吸力面与轮盖的夹角区存在一个低速区；并观察到了明显的射流／尾迹结构。射流区和尾流区的大小和范围在沿盘盖方向和跨叶片方向上是不同的，射流区和尾流区之间不存在明显的分界线。     

低速大尺度离心叶轮二次流动分析

采用商业软件Numeca的Fine＼Turbo模块对低速大尺度离心叶轮进行数值计算,与试验数据吻合很好, 对其内部流场进行了仔细的分析.在此基础上,研究其内部二次流动结构,得出了叶道内尾迹区域的存在与发展同二次流动有很密切的关系,尾迹区域的形成主要是叶片表面低能流体径向流动形成的.     

超高速离心叶轮中固体颗粒运动轨迹的数值模拟与分析

为解决和预测固体颗粒对超高速离心叶轮的冲击磨损问题,以多相流理论为基础,采用了雷诺应力模型结合颗粒轨道模型的方法,通过对超高速离心叶轮内气固两相湍流场的计算,得到了颗粒在叶轮中的运动轨迹;并用CFX对不同粒径的固体颗粒在超高速离心叶轮内部流场中的运动轨迹进行了数值模拟。模拟结果与已有实验结果吻合,说明采用雷诺应力湍流模型能准确描述超高速离心叶轮中固体颗粒的运动轨迹。     

基于能量梯度方法的离心叶轮流动分离特性研究

流动分离对离心叶轮旋转失速和内部流动稳定性具有重要影响。以低比转速离心叶轮为研究对象,基于RANS方法和RNG k-ε湍流模型,本文对离心叶轮内部流场进行了数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好。在此基础上采用一种用于分析流动稳定性的新方法一能量梯度方法,对流场数据进行处理,获得不同流量工况下离心叶轮内能量梯度K函数分布。研究结果表明:能量梯度方法不仅能够用于低比转速离心叶轮,而且能在定性上表征流动分离特性。流动分离在小于设计流量时出现,且随着流量减小逐渐增强,同时能量梯度K函数较大值所占面积增大。     

高速离心叶轮叶片开缝的数值研究

提出在离心叶轮吸力面尾部开缝抽吸的方法,在叶片吸力面尾部对低速流体区域进行抽吸,以减弱由叶轮内二次流所导致的射流—尾迹结构。以Krain高速离心叶轮为例,建立抽吸模型,并进行了数值计算。数值仿真结果表明,在压气机流量范围内,叶轮尾部开缝抽吸可以减少叶片表面的分离区域,改善叶轮内部流场的流动状况,有效地提高离心叶轮性能。     

用CFD研究离心压缩机叶顶间隙对内部流场的影响

采用商用软件NUMECAL中FINE/TURBO模块对低速大尺度离心压缩机(LSCC)在不同间隙条件下的内部流场进行了数值模拟。给出了压缩机叶轮出口处的通流速度分布以及不同截面二次流矢量、二次流流线等计算结果。结果表明:叶顶间隙的大小与泄漏流动的强度和通道内的尾迹区位置分布密切相关,泄漏流动与通道涡的相互作用严重影响了通道内的流场分布。     

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型,利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法,利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模,模拟出叶轮内流场的流动规律,初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布,获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明,Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动,为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。     

无堵塞离心泵内部三维固液两相湍流场数值模拟

针对无堵塞泵叶轮内部流场的特点,选用颗粒拟流体的κ-ε-Α_p模型模拟两相湍流,基于SIMPLEC算法建立压力修正方程来满足连续性方程和动量方程间的耦合关系,并由此建立了两相湍流的时均控制方程组,采用GEM-CHIP算法编制程序对叶轮内流进行模拟,并实现了模拟结果的可视化。模拟结果揭示了无堵塞泵叶轮内部流动的某些特征:叶轮前盖板一吸力面处存在射流—尾迹区,流体相与颗粒相之间有速度滑移,且滑移值随流道逐渐降低。     

数值模拟的离心挖泥泵叶轮优化设计

采用Realizable k—ε湍流模型和SIMPLEC算法，对离心挖泥泵全流道内三维不可压湍流流动进行了数值模拟。根据计算结果分析了挖泥泵叶轮和泵壳磨损严重的原因，提出了在三维湍流数值分析基础上的挖泥泵叶轮优化设计方法。最终提高了效率，降低了叶轮磨损程度。     

LB50-160型离心泵叶轮内流场三维紊流有限元分析与计算

本文基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,对LB50-160型离心泵设计流量下叶轮内流场三维紊流进行了数值计算,获得了叶轮内流场的速度、压力分布,捕捉到了一些重要的流动现象。并对数值计算结果进行了深入的分析研究,为叶轮的水力设计提供了有价值的信息。对叶轮结构进行了有限元分析,准确且直观的得到了叶轮在载荷作用下的应力和应变,为叶轮的强度计算提供了可靠依据。     

带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟

对带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场进行数值模拟。计算采用雷诺时均方程和修正了的 湍流模型,在压强连接的隐式修正法(SIMPLE—C)建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算。计算结果揭示了带分流叶片离心泵叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布规律,并对增加分流叶片后叶轮内部的流动状况进行了分析和研究,研究结果将对带分流叶片的离心泵进行性能预测和优化设计有指导 意义。     

Evaluation of subgrid-scale models in large-eddy simulations of turbulent flow in a centrifugal pump impeller

The current research of large eddy simulation (LES) of turbulent flow in pumps mainly concentrates in applying conventional subgrid-scale (SGS) model to simulate turbulent flow, which aims at obtaining the flow field in pump. The selection of SGS model is usually not considered seriously, so the accuracy and efficiency of the simulation cannot be ensured. Three SGS models including Smagorinsky-Lilly model, dynamic Smagorinsky model and dynamic mixed model are comparably studied by using the commercial CFD code Fluent combined with its user define function. The simulations are performed for the turbulent flow in a centrifugal pump impeller. The simulation results indicate that the mean flows predicted by the three SGS models agree well with the experimental data obtained from the test that detailed measurements of the flow inside the rotating passages of a six-bladed shrouded centrifugal pump impeller performed using particle image velocimetry (PIV) and laser Doppler velocimetry (LDV). The comparable results show that dynamic mixed model gives the most accurate results for mean flow in the centrifugal pump impeller. The SGS stress of dynamic mixed model is decompose into the scale similar part and the eddy viscous part. The scale similar part of SGS stress plays a significant role in high curvature regions, such as the leading edge and training edge of pump blade. It is also found that the dynamic mixed model is more adaptive to compute turbulence in the pump impeller. The research results presented is useful to improve the computational accuracy and efficiency of LES for centrifugal pumps, and provide important reference for carrying out simulation in similar fluid machineries.     

基于FLUENT数值模拟的离心泵内冰浆两相流流动特性分析

针对冰浆两相流在离心泵的流动特性问题,基于欧拉法建立冰浆Mixture两相流模型,通过FLUENT软件对冰浆流动特性进行数值模拟,得到了在不同流量工况下的离心泵内部压力场、速度场以及冰晶颗粒分布特性.多次数值计算,获得离心泵在输送含冰率为10％的冰浆时的性能特性曲线,并与该离心泵在输送清水时的性能曲线进行了对比分析.研...     

固液两相离心泵内部非定常流动特性研究

为研究固液两相流离心泵内部的非定常流动特性,基于滑移网格方法,采用RNGκ-ε湍流模型以及ASMM代数滑移混合物模型,对一台高比转速固液两相离心泵内部流场进行非定常流动的数值模拟,通过分析清水工况数值计算结果、外特性性能实验结果以及固液两相流非定常数值计算结果,获得了非定常条件下固液两相输送离心泵的瞬时外特性曲线和内部流动及磨损规律。研究结果表明:在一个转动周期内,离心泵的扬程、效率和轴功率均呈现正弦波动特征;动静干涉效应使得叶轮出口处的速度和静压分布均呈现周期性波动;模型泵叶轮前后盖板的磨损情况比蜗壳壁面的磨损严重。上述计算结果可为实现高比转速固液两相流离心泵的优化水力设计和减轻磨损提供一定的理论参考。     

Numerical simulation and analysis of flow characteristics in the front chamber of a centrifugal pump

We performed numerical simulations to study the flow characteristic in a centrifugal pump based on the RANS equations and the RNG k-ε turbulent model. The flow field, including the front and back pump chambers, the impeller wear-ring, the impeller passage, the volute casing, the inlet section and outlet section was calculated to obtain accurate numerical results of fluid flow in a centrifugal pump. The flow characteristic was studied from the internal flow structure in pump chambers, the radial velocity at impeller outlet as well as the pressure inside of the pump, the circumferential velocity and the radial velocity in front pump chamber. The variation of flow parameters in internal flow versus flow rate in the centrifugal pump was analyzed. The results show that the overall performance of the pump is in good agreement with the experimental data. The simulation results show that the distribution of flow field in the front pump chamber is axial asymmetry. The energy dissipation at the impeller outlet is larger than other areas. The distribution of the circumferential velocity and that of radial velocity are similar along the axial direction in the front pump chamber, but the distribution of flow is different along the circumferential and the radial directions. It was also found that the vorticity is large at the impeller inlet compared with other areas.     

采用叶片扩压器时单级离心叶轮内流分析

对采用滑移网格技术计算得到的,带有叶片扩压器的单级高速离心压缩机,非定常流动计算结果的叶轮内流进行分析,研究了叶片扩压器的存在对叶轮内流的影响。     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。     

小流量离心压缩机级内流动的数值研究

用CFD手段对某小流量离心压缩机级流量系数进行了数值模拟,得出了叶轮内部流动的细节,考察了叶轮内部二次流沿流向的发展.并分析了叶轮内部流场特征的形成原因.结果表明:该压缩机叶轮的二次流沿流道发展是减弱的,并且对叶轮出口通流速度和出口气流角影响很大.