离心叶轮内部弱可压流动特性数值研究

发布时间：2022-05-05 21:03

　　作为高速旋转的叶轮机械,离心泵内的流体呈现弱可压特性。传统的湍流模型采用不可压缩假设来达到简化N-S方程的目的,这是由于压力变化过小导致密度的变化可以忽略。实际上,流体本身有一定的弹性,在实际流动中呈现出弱可压的性质。研究表明,采用弱可压缩模型更能反映低马赫数时的真实流动状态,有利于叶轮机械的内部流动特性的分析。本文将弱可压缩流动方程与标准k-ε模型、DES（Detached eddy simulation）模型相结合,以期更好地揭示离心叶轮的内部流动机理。主要工作和研究成果如下:（1）采用弱可压模型对多弯头管路泄漏进行数值模拟,结果表明采用弱可压模型可以计算得到泄漏管路内部的负压波传递现象,其传递规律与实验符合。通过分析弯头内各截面的速度分布及其对负压波前缘的影响,发现弯头内涡与波的相互作用现象。结合湍流粘度及湍动频率分析,揭示了弯头内的高粘滞力与脉动量频率加快了流元的体积压缩和膨胀,造成负压波在弯头的传递速度大于直管。通过控制组分析各弯头参数对负压波传递特性的影响,提出了负压波泄漏定位法中的弯头当量长度的计算公式,进一步验证了弱可压模型的适用性。（2）将弱可压模型应用于离心叶轮的数... 

【文章页数】：104 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 管道泄漏中弱可压模型的研究进展
    1.3 离心泵内部弱可压方法的研究进展
    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 RANS模型
        2.1.1 标准k-ε模型
        2.1.2 SST模型
    2.2 LES模型
        2.2.1 LES模型的基本控制方程
        2.2.2 动态亚格子应力模式
    2.3 DES模型
    2.4 基于弱可压的湍流模型修正
        2.4.1 弱可压模型的原理
        2.4.2 弱可压模型的实现
    2.5 本章小结
第三章 基于弱可压模型的管道泄漏负压波法定位研究
    3.1 弱可压模型在管道泄漏中的实现逻辑及方式
    3.2 多弯头管道泄漏数值模拟及流场分析
        3.2.1 多弯头管道的几何模型
        3.2.2 弱可压模型的模拟验证及分析
    3.3 负压波泄漏定位法中的弯头当量修正
    3.4 本章小结
第四章 基于弱可压模型的离心叶轮内部定常流动分析
    4.1 计算模型及边界条件
        4.1.1 离心泵参数
        4.1.2 网格划分与边界条件
    4.2 不同流量工况下离心叶轮内部定常流动结果分析
        4.2.1 不同流量工况下扬程及密度验证
        4.2.2 叶轮中截面流场结构信息对比分析
        4.2.3 叶轮中截面涡旋发展对比分析
        4.2.4 叶轮中截面流场能量耗散对比分析
        4.2.5 叶轮出口圆周方向的流动特性对比分析
    4.3 设计工况下不同转速对离心叶轮内部定常流动分析
        4.3.1 不同转速的扬程及密度验证
        4.3.2 转速对中截面速度场的影响分析
        4.3.3 转速对中截面压力场的影响分析
        4.3.4 转速对中截面湍动能的影响分析
    4.4 本章小结
第五章 基于弱可压模型的离心叶轮内部非定常流动分析
    5.1 边界条件及监测点的设置
    5.2 充分发展后流道内流场计算结果分析
        5.2.1 流场结构信息对比分析
        5.2.2 流场旋涡发展过程对比分析
    5.3 流道出口监测点压力脉动分析
        5.3.1 流道出口静压分析
        5.3.2 流道出口压力脉动频域分析
    5.4 叶轮出口发展段监测点分析
        5.4.1 静压分析
        5.4.2 压力脉动频域分析
        5.4.3 压力脉动系数分析
    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


【参考文献】：
期刊论文
[1]弱可压缩流体边界处理算法[J]. 聂霄,陈雷霆.  计算机应用. 2015(01)
[2]弱可压缩移动粒子半隐式方法（WC-MPS）与湍流大涡模型（LES）模拟溃坝流动（英文）[J]. 刘永涛,马宁,朱仁庆,顾解忡.  船舶力学. 2014(12)
[3]应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）模拟三维溃坝流动（英文）[J]. 刘永涛,朱仁庆,马宁,顾解忡.  船舶力学. 2013(09)
[4]不同径向间隙对离心泵动静干涉作用影响的数值模拟[J]. 祝磊,袁寿其,袁建平,裴吉.  农业机械学报. 2011(05)
[5]基于Fluent的离心泵内部流场数值模拟[J]. 郭仁宁,孙琦,肖桂田,徐林.  世界科技研究与发展. 2011 (02)
[6]负压波法在液体管道上的可检测泄漏率分析[J]. 孙良,王建林,赵利强.  石油学报. 2010(04)
[7]基于大涡模拟数值仿真的喷射泵喉管长度优化[J]. 文吉运,于波,陆宏圻,朱正哲.  中国农村水利水电. 2007(04)
[8]连续激光内通道传输的弱可压缩流模型[J]. 柳建,金钢,王世庆,李树民,张翔.  强激光与粒子束. 2006(12)
[9]低比转速离心泵内部流场的数值模拟[J]. 卢池,陈次昌,杨昌明,徐来福.  排灌机械. 2005(06)
[10]基于弱可压缩理论的射流泵流场数值预报[J]. 于波,万玉倩,陆宏圻.  长江科学院院报. 2003(05)

博士论文
[1]离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟[D]. 袁建平.江苏大学 2008



本文编号：3651011