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潜水铰刀泵内流计算控制方程

作者:兰江泵业生产厂家 点击次数: 发布时间:2018-05-18 19:33:59

  潜水铰刀泵内流计算控制方程

  潜水铰刀泵叶轮内计算所采用的方程是以N-S方程及简化形式为主的方程组。由于直接计算求解N-S方程目前存在困难,所以在数值计算方面一般解简化N-S方程。什么是潜水铰刀泵内流数值模拟方法和叶轮内流计算所采用的控制方程主要有以下几种:

  1)无黏欧拉方程假设流体无黏性,对于大雷诺数、流动无分离,无射流及漩涡等间断面的问题有效,在潜水铰刀泵叶轮计算中可简化为

  Laplace方程。这种方法在20世纪70年代和80年代使用较多,现在主要用于流场的校核。

  2)抛物化N-S方程忽略主流方向黏性导数项的定常N-S方程。它可以考虑横向及垂直方向压力梯度,能自动模拟边界层内的黏性流动与无黏性的干扰。对于低比转速潜水铰刀泵用该方法可得到满意的结果。 Kirtley等采用该方法计算了潜水铰刀泵内湍流流道问题4,并且与试验和其他算法比较,证明了该方法具有较高的效率和准确性。

  3)边界层近似方程对于高雷诺数流动,由于在物体壁面附近存在着一层很薄的边界层,而在边界层外黏性作用小得多,可作无黏流动处理,这样可用边界层近似来考虑黏性作用。边界层方程在求解叶轮内流时一般要求与其他方程联合求解

  4)雷诺时均方程时均的 Reynolds N-S方程,对于叶轮内湍流模拟,该方程需要用湍流模型来封闭才能求解。由于潜水铰刀泵叶轮内的流动是三维湍流流动,而且受叶轮旋转和表面曲率的影响,考虑湍流运动的叶轮内流计算方法发展很快。

  由于目前尚无普遍适用的湍流模型,在潜水铰刀泵内流计算中所采用的湍流模型主要有零方程模型、一方程模型和双方程模型,而以k-ε双方程模型用得最多。零方程模型(代数涡黏模型)用代数关系式把湍流黏性系数和时均值联系起来,它直观、简单,但也限制了它只能用于射流、边界层、管流等比较简单的流动。一方程模型考虑了湍动能的对流和扩散,较零方程合理。但用它需先给出湍流尺度的表达式,而该表达式多数情况下难以给出,从而限制了它的通用性。k-E双方程模型复杂性适度(相比于雷诺应力模型),也不失其普遍性,尽管该模型在模拟浮力流和旋转流等各向异性湍流方面还存在问题,但目前可以通过修正来改善各向异性,具有各种湍流尺度。所以在用它来计算叶轮内流场时要考虑

  由于叶轮旋转和叶片、盖板曲率的影响。陈次昌等考虑旋转和曲率的影响“,采用k-双方程研究了潜水铰刀泵内部流动的特征。雷诺应力模型对计算机要求较高,边界条件也难以给定,因此很少用于叶轮内流计算。

  其他如大涡模拟和直接模拟以及非线性模型还未能推广,用于叶轮内流计算尚欠性(尽管已有人把该模型用于水轮机计算),而且计算花费也大。

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