基于旋轉(zhuǎn)湍流場的非線性渦粘性模型的研究及其應(yīng)用.pdf

1、旋轉(zhuǎn)湍流場是工程領(lǐng)域中最為復(fù)雜的流場之一，它廣泛的存在于各類流體機(jī)械中，如泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、水輪機(jī)等。由于旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的存在，使得流場的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。旋轉(zhuǎn)湍流場的早期研究主要用實(shí)驗(yàn)的方法，隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的發(fā)展，湍流流動數(shù)值模擬方法被大量采用。在常見的RANS方法中，基于Boussinesq線性渦粘性假設(shè)的兩方程湍流模型在工程計(jì)算中應(yīng)用很廣泛，但是它在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的湍流模擬中存在兩個(gè)明顯的缺陷，即各向同性假設(shè)和模型坐標(biāo)不變性。

2、前者是基于Boussinesq假設(shè)的結(jié)果；后者則是由于對應(yīng)變率張量的唯一依賴性。這些缺陷導(dǎo)致諸多后果，如不能準(zhǔn)確預(yù)測管道中的二次流動(各向同性渦粘性系數(shù))以及不能對旋轉(zhuǎn)之類的非慣性效應(yīng)做出正確反應(yīng)(坐標(biāo)無關(guān)性)。
　　 考慮到上述因素，本文基于Wallin&Johansson的顯示代數(shù)雷諾應(yīng)力湍流模型，通過引入擴(kuò)展內(nèi)稟平’均旋轉(zhuǎn)張量，建立了適合于旋轉(zhuǎn)流動的非線性渦粘性模型。并通過對一旋轉(zhuǎn)槽道流動進(jìn)行數(shù)值計(jì)算來驗(yàn)證模型的可行性。模

3、擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的對比表明，該模型能夠更精確地反映流動各向異性的特征，并分析了旋轉(zhuǎn)對主流流動和湍流結(jié)構(gòu)的影響。
　　 本文將所建立的非線性渦粘性模型應(yīng)用于一多翼離心風(fēng)機(jī)的流場計(jì)算中，基于數(shù)值模擬結(jié)果的性能預(yù)測和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，證實(shí)了所采用的計(jì)算模型和數(shù)值方法的可行性。通過對不同設(shè)計(jì)工況下葉輪流道內(nèi)速度場和壓力場的詳細(xì)研究，本文發(fā)現(xiàn)在葉輪前盤附近區(qū)域，由于逆壓梯度的作用和氣流從軸向急劇轉(zhuǎn)為徑向，葉輪流道中存在二次渦流，并且低能量流體