基于滤波器湍流模型的水翼空化数值模拟

采用界面捕获法,在均相流模型假设下,引入滤波函数修正了RNGk-ε湍流模型,基于正压流体假设的状态方程空化模型.采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了二维NACA66(Mod)翼型的定常、非定常空化流动.计算得到的翼型表面压力分布与试验结果基本一致,较好地模拟了非定常空化云的初生、发展、断裂和脱落的周期性过程,非定常流动的斯特劳哈数与试验结果相吻合.给出了2个时刻的翼型表面速度矢量场,分析了空泡内部流动结构,结果发现翼型空泡尾部的反向射流是引起翼型表面局部压力升高,进而导致空泡发生断裂及空化云脱落的重要原因.

FBM湍流模型水翼空化绕流数值研究

为准确模拟云空泡脱落的非定常特性,引入混合密度修正函数,建立了基于独立空间滤波尺度的滤波器湍流模型.联立质量输运型空化模型,采用RNG k-ε湍流模型和滤波器湍流模型数值研究了Clark-y型水翼空化绕流,给出了典型工况下时均速度场、云空化工况下时变空泡形态以及水翼的升、阻力系数等流场和动力特性参数.与实验对比表明,2种湍流模型对水翼稳态空化流场的预测差异较小,RNG k-ε湍流模型不能捕捉到云空泡的非稳态特征,滤波器湍流模型能更好地调节多相流场的湍流粘度,准确捕捉云空泡周期性的脱落细节.

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型.结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-g模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度.

斜式轴流泵装置模型的飞逸特性研究

为研究三堡排涝泵站斜式轴流泵装置模型的飞逸特性,该文对其进行了飞逸特性试验,研究了不同叶片角度下泵装置模型的单位飞逸转速及其变化规律。试验结果表明,随叶片角度的增大,单位飞逸转速呈下降趋势。为深入了解飞逸工况时泵内部流场特征,基于非定常的数值计算方法,采用滤波器湍流模型,利用ANSYS CFX软件对泵装置模型进行数值计算,求得不同叶片角度下的单位飞逸转速,并对其内部流场进行分析。数值结果表明,飞逸工况时的流量值和单位飞逸转速与试验结果均较为接近,从而验证了数值方法的可靠性。通过对飞逸工况时叶轮内部流场进行分析发现,流体从叶轮尾部流向头部,流场较为光顺,没有出现明显的回流和旋涡;叶片表面压力分布情况与文献[6]中叶片表面压力的分布规律相近,并随叶片角度的增大,叶片吸力面侧和压力面侧的低压区域均呈逐渐增大的变化规律。

空泡半径非线性变化的空化模型及应用

为了提高Schnerr-Sauer空化模型模拟空化流动的能力,基于Rayleigh-Plesset方程和均相流假设建立了一种考虑空泡半径随时间非线性变化的空化模型.联立滤波器湍流模型,分别采用该非线性空化模型和原始Schnerr-Sauer模型对绕二维Clark-Y翼型空化流进行了非定常数值计算,得到了时均化升阻力系数随空化数的变化曲线、云空化时空泡周期性演变及其沿弦长方向速度分布规律.与其他的实验结果进行对比分析,结果表明:采用该非线性模型计算得到的时均化升阻力系数与实验值符合程度更好,并能较准确地捕捉升阻力系数在不同空化阶段的变化规律;该非线性模型能准确地模拟翼型尾缘空化云的成长、脱落和溃灭的全过程,且能更准确地模拟翼型尾流的速度场.