基于LES/RANS混合模型的离心叶轮内流场研究

发布时间：2023-03-10 20:47

　　离心泵内部流动是高速旋转和高曲率的各向异性湍流。传统的雷诺时均(RANS)模型得到的流场信息不够丰富,LES对计算成本的要求较高,而LES/RANS混合方法结合了两种方法各自的优点,在高雷诺数、大分离流动的计算中有着明显的优势,能在节省计算资源的同时满足流场模拟的精度要求。本文将体现螺旋度约束的亚格子应力项引入原始DES模型中从而构建螺旋度修正模型,以期更好的模拟离心叶轮的内部流场。主要工作和研究结果如下:(1)在经典DES模型的基础上,使用Fluent用户自定义函数(UDF),编写螺旋度修正模型中的模块,动态加载到求解器上来求解所需要的流场数据。使用经典的旋转管道算例,将经典DES模型和螺旋度修正DES模型得到的流向速度、湍动能、雷诺应力、螺旋度等量进行对比;并将两种模型预测到的速度剖面与实验结果进行对比,结果显示修正DES模型得到的速度剖面与实验结果更加接近,而各个湍流统计量的分析结果也与速度剖面具有一致性,验证了螺旋度修正模型对于预测旋转流场的可靠性。(2)将螺旋度修正模型用于离心泵的数值模拟,并进行外部扬程验证和内部流场验证。通过与实验值对比可以发现,在小流量工况下(0.2Qd...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 LES/RANS混合模型的研究进展
    1.3 湍流模型修正的研究进展
    1.4 论文主要研究内容及组织结构
        1.4.1 数值模拟
        1.4.2 实验研究
        1.4.3 论文结构
    1.5 本章小结
第二章 离心泵内数值研究方法
    2.1 DES模型
    2.2 RANS模型
        2.2.1 SST模型
        2.2.2 考虑旋转和曲率影响的修正模型
    2.3 LES模型
        2.3.1 Smargorinsky涡粘模式
        2.3.2 动态亚格子应力模式
        2.3.3 亚格子应力的螺旋度修正
    2.4 本章小结
第三章 旋转管道中的模拟验证及分析
    3.1 螺旋度修正模型的实现
        3.1.1 Fluent中的UDF调用简介
        3.1.2 螺旋度修正模型的逻辑实现
        3.1.3 流场变量的统计平均
    3.2 旋转管道流场分析
        3.2.1 旋转管道的几何模型
        3.2.2 螺旋度修正的模拟验证及分析
    3.3 本章小结
第四章 基于螺旋度修正模型的离心泵内部流场验证及分析
    4.1 计算模型和边界条件
        4.1.1 模型泵参数
        4.1.2 网格划分和边界条件
    4.2 外部扬程和内部流场验证
        4.2.1 PIV实验装置系统
        4.2.2 外部扬程验证
        4.2.3 内部流场验证
    4.3 流动发展阶段内部流场计算结果分析
    4.4 充分发展后内部流场计算结果分析
        4.4.1 平均相对速度场对比分析
        4.4.2 平均压力场对比分析
        4.4.3 平均流线场对比分析
    4.5 本章小结
第五章 高阶时间平均统计量及其模拟结果分析
    5.1 雷诺应力产生项与雷诺应力的关系
    5.2 雷诺应力产生项与雷诺应力在流道内的分布规律
    5.3 平均雷诺应力产生项沿流道的分布规律
    5.4 雷诺应力输运方程中各项的分布规律
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3758540