立轴漩涡多圈螺旋流速度分布的研究

本文引入分离变量法,研究了立轴旋涡的速度随径向、轴向的变化规律,并给出切向、径向和轴向速度的表达式。对立轴旋涡的多圈螺旋流现象,通过试验测量和速度分布计算两种方法进行了描述,二者定性一致。结果表明,立轴旋涡流场的切向速度占优,在流体质点从水面向下运动的过程中,围绕涡轴旋转十余圈,在进水口附近转为轴向流动。旋涡水面线的计算结果与实测值吻合较好。

立轴旋涡试验与数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对侧部孔口情况下立轴旋涡的水力特性进行了研究。通过摄像法得出了旋涡表面流体质点的运动轨迹、切向和轴向时均速度。采用RNGk-ε紊流模型对旋涡的三维流场进行了模拟,自由水面用VOF法追踪,控制方程用有限体积法求解,得出了旋涡的水气交界面、时均速度和粒子轨迹。试验观测到旋涡运动具有多圈螺旋流特性,数值模拟能够在一定程度上重现试验中的立轴旋涡,时均速度的计算值与实测值基本一致,粒子轨迹上半部的旋转直径和圈数与试验较为吻合。