翼型间隙空化数值模拟的湍流模型比较分析

发布时间：2022-01-15 00:34

　　为了比较不同湍流模型对间隙泄漏空化计算的影响及间隙泄漏空化的流动特性,利用CFD方法对一侧有间隙的翼型绕流流动进行分析.选取具有不同攻角和间隙的翼型作为研究对象,并利用3种常用的湍流模型,结合修正后的空化模型,对翼型间隙泄漏涡引起的空化进行计算.计算结果表明:修正密度的RNG k-ε模型对间隙泄漏空化的形态预测及泄漏涡附近主流方向速度分布的预测更为准确;受壁面条件和翼型尾迹的影响,泄漏涡所在位置的主流方向速度在间隙为10 mm时具有较大值.小间隙条件下,翼型间隙内侧的剪切空化更为强烈,翼型上方的泄漏空化距翼型上表面更远.间隙增大至10 mm时,较高的涡中心速度使泄漏涡空化发展距离更远、溃灭更慢.翼型叶顶的圆角对间隙流动有一定的引导作用,使间隙内侧及其附近的速度分布更为均匀,并对空化的发生位置产生影响. 

【文章来源】：排灌机械工程学报. 2020,38(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

计算模型示意图

计算区域的网格均采用六面体结构化网格，并进行了无关性验证．验证选取翼型前后缘上方的压力差Δp为监测参数．监测点示意图和无关性验证结果如图2所示，监测点距间隙侧壁面20 mm．由图2b可见，当网格数N达到450万后，监测值已较为稳定．考虑到计算的准确度和计算资源，选取600万的网格进行计算．近壁面网格如图3所示．k-ε，k-ω型湍流模型的表面y+分别为30～80和1～10.图3 计算网格示意图

图2 网格无关性验证水的物性取25℃，饱和压力取3 174 Pa．进口采用10 m/s的速度条件，出口压力设为100 kPa，选用光滑无滑移壁面，参考压力为0，设置收敛精度为10-5．根据文献[14-15],PANS模型中湍动能比例取0.6,DCM-RNG模型中n取10，选用Zwart空化模型进行计算，并根据文献[9]将空化模型中凝结系数修正为0.001，以提高其空化预测能力．

【参考文献】：
期刊论文
[1]URANS simulations of the tip-leakage cavitating flow with verification and validation procedures[J]. 程怀玉,龙新平,梁蕴致,龙云,季斌.  Journal of Hydrodynamics. 2018(03)
[2]轴流泵叶轮叶顶区空化特性试验分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,潘强,施卫东.  浙江大学学报(工学版). 2016(08)
[3]修正的PANS模型在云状空化流动计算中的应用评价[J]. 胡常莉,王国玉,黄彪,王志英.  北京理工大学学报. 2014(07)
[4]轴流式水轮机间隙空化与翼型空化差别浅谈[J]. 覃大清,韩秀丽,刘斌,刘万江,魏显著.  大电机技术. 2012(02)

博士论文
[1]叶顶间隙泄漏涡流及空化流场特性研究[D]. 郭嫱.中国农业大学 2017
[2]叶顶间隙旋涡空化数值计算模型与流动机理研究[D]. 赵宇.北京理工大学 2016



本文编号：3589531