離心泵內(nèi)流數(shù)值計(jì)算的湍流模型研究.pdf

1、隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)值模擬已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工程實(shí)踐中。數(shù)值模擬中常用的雷諾時(shí)均方法對計(jì)算機(jī)性能要求較低且計(jì)算結(jié)果精度能夠滿足多數(shù)工程應(yīng)用的要求,已成為當(dāng)前乃至今后較長一段時(shí)間內(nèi)工程數(shù)值計(jì)算的主要方法。湍流模型作為雷諾時(shí)均方法的重要組成部分,直接影響數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性和計(jì)算結(jié)果的精確性。目前湍流模型類型繁多,但沒有一種湍流模型能夠用于所有流動(dòng)的計(jì)算,只能針對不同的流動(dòng)選擇不同的湍流模型。水泵內(nèi)部流動(dòng)為復(fù)雜的三維湍流且不

2、同類型或不同比轉(zhuǎn)數(shù)泵的內(nèi)部流動(dòng)存在著較大差異?，F(xiàn)有的一些湍流模型在水泵數(shù)值計(jì)算中雖然得到了一定的應(yīng)用且獲得了較為滿意的結(jié)果,但其計(jì)算的穩(wěn)定性、普適性和計(jì)算結(jié)果的精確性還遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工程更精細(xì)化的要求。因此,湍流模型的研究已成為水泵數(shù)值計(jì)算中的重要課題之一。本文主要研究內(nèi)容有:
　　 1.系統(tǒng)地歸納和總結(jié)了現(xiàn)有各種湍流模型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。
　　 2.針對水泵內(nèi)流計(jì)算,選取泵數(shù)值計(jì)算中常用的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNG k-

3、ε模型、Realizable k-ε模型、k-ω模型及SST k-ω模型作為研究對象,采用Fluent軟件對不同比轉(zhuǎn)數(shù)的15臺(tái)離心泵在0.8Qd、1.0Qd及1.2Qd工況下進(jìn)行了內(nèi)流數(shù)值計(jì)算；并從能量特性和內(nèi)流場分布等方面進(jìn)行了對比分析。從分析結(jié)果的總體趨勢來看,SST k-ω模型的計(jì)算結(jié)果相對來說更為穩(wěn)定和精確。
　　 3.對SST k-ω模型進(jìn)行了兩種方案的改進(jìn)。由于SST k-ω模型在邊界層使用k-ω模型而在主流區(qū)使用標(biāo)

4、準(zhǔn)k-ε模型,兩者都沒有考慮泵的旋轉(zhuǎn)、大曲率等因素的影響。因此,采用考慮旋轉(zhuǎn)和曲率影響的RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型對SST k-ω模型進(jìn)行改進(jìn)。(1)根據(jù)RNG k-ε模型的耗散率ε輸運(yùn)方程的系數(shù)來重新確定吳曉晶提出的SST k-ω改進(jìn)模型的系數(shù),將改進(jìn)后的模型定義為PSST k-ω模型。(2)由于Realizable k-ε模型的耗散率ε輸運(yùn)方程中的?；?xiàng)采用了更優(yōu)的?；椒āＲ虼?根據(jù)湍動(dòng)能k、耗散率ε及比

5、耗散率ω之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后通過加權(quán)函數(shù)添加到SST k-ω模型的比耗散率ω的輸運(yùn)方程中,并將其定義為PRSST k-ω模型。
　　 4.以開源代碼庫OpenFOAM作為開發(fā)平臺(tái)對改進(jìn)的湍流模型實(shí)現(xiàn)了程序化,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行水泵數(shù)值計(jì)算軟件PCFD的開發(fā),同時(shí)采用Qt4.4.3開發(fā)了PCFD軟件的人機(jī)交互界面。基于PCFD軟件對不同比轉(zhuǎn)數(shù)的三臺(tái)離心泵在0.8Qd、1.0d和1.2Qd工況下進(jìn)行了數(shù)值模擬,并從能量特性