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多級離心泵內流計算控制方程

發布日期:2012-07-19 15:57:01      瀏覽數:

多級離心泵葉輪內計算所采用的方程是以N-S方程及簡化形式為主的方程組。由于直接計算求解N-S方程目前存在困難,所以在數值計算方面一般解簡化N-S方程。葉輪內流計算所采用的控制方程主要有以下幾種:

1)無黏歐拉方程 假設流體無黏性,對于大雷諾數、流動無分離,無射流及漩渦等間斷面的問題有效,在多級離心泵葉輪計算中可簡化為Laplace方程。這種方法在20世紀70年代和80年代使用較多,現在主要用于流場的校核。

2)拋物化N-S方程 忽略主流方向黏性導數項的定常N-S方程。它可以考慮橫向及垂直方向壓力梯度,能自動模擬邊界層內的黏性流動與無黏性的干擾。對于低比轉速多級離心泵用該方法可得到滿意的結果。Kirtley等采用該方法計算了多級離心泵內流流道的問題,并且與試驗和其他算法比較,證明了核方法具有較高的效率和準確性。

3)邊界層近似方程 對于高雷諾數流動,由于在物體壁面附近存在著一層很薄的邊界層,而在邊界層外黏性作用小得多,可作無黏流動處理,這樣可用邊界層近似來考慮黏性作用。邊界層方程在求解葉輪內流時一般要求與其他方程聯合求解。

4)雷諾時均方程 時均的Reynolds N-S方程,對于葉輪內流模擬,該方程需要用湍流模型來封閉才能求解。由于多級離心泵葉輪內的流動是三維湍流流動,而且受葉輪旋轉和表面曲率的影響,考慮湍流運動的葉輪內流計算方法發展很快。

由于目前尚無普遍適用的湍流模型,在多級離心泵內流計算中所采用的湍流模型主要由零方程模型、一方程模型和雙方程模型,而以雙方程模型用的最多。

其他如大渦模擬和直接模擬以及非線性模型還未能推廣,用于葉輪內流計算尚欠可靠性(盡管已有人把該模型用于水輪機計算),而且計算花費也大。

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