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翼型能量特征预测

[ 时间:2018-03-12 来源:http://www.kenflor.com 作者:佛山肯富来水泵厂 点击: ]

用Reynolds时均方程计算湍流的核心内容就是确定湍流脉动值附加项,而湍流模型就是将湍流的脉动值附加项与时均值联系起来的一些特定关系式。根据对Reynolds应力的不同处理方式,可以将常用的湍流模型分为Reynolds应力模型和祸粘模型。Reynolds应力模型计算量较大,导致其应用范围受到限制,故工程上考虑湍流问题时往往采用涡粘模型。在涡粘模型中,引入湍流粘性系数ut,并根据确定ut的微分方程数目的多少,又将涡粘模型分为零方程模型、一方程模型以及两方程模型。从现有研究来看,两方程模型在实际中应用最为广泛,其中标准k-S模型、RNGk-s模型、SST模型以及k-w模型在空化数值模拟使用较为普遍。

 

在水力机械内,当液体温度一定、压力降低到某一临界值时,机器内开始产生气泡,随着压力进一步降低,气泡逐渐增多。气泡随水流运动到高压区后,内部的蒸汽重新凝结导致气泡溃灭。这种由于压力变化而引起的流体内部气泡产生、发展并最终溃灭的过程以及由此引起的一系列变化,我们将其称为空化。通过混合密度导出相间的质量传输速率,佛山肯富来水泵厂综合考虑了影响空化的所有一阶因素,如相变、湍流压力振荡、流体中含有不凝结气体等。

 

轴流泵运行过程中不同叶轮流道内部流动情况并不完全相同。因此,作为轴流泵叶片设计的基础,单翼型空化绕流研究对轴流泵内部空化分析具有重要的意义。针对NACA0009翼型,分别采用不同的湍流模型和空化模型展开单翼型空化绕流数值计算,并将结果与试验数据进行对比。

 

选取NACA0009翼型作为研究对象,其弦长取100mm,攻角为2.5°。整个计算模型按照水洞试验的原型尺寸选取,为矩形平板,其中进水边Inlet离翼型头部距离为350mm,出水边Outlet离翼型尾部距离为550mm,进出口宽度取200mm。

图1:NACA0009翼型附近网格划分

NACA0009翼型附近网格划分

图1所示为NACA0009翼型附近计算区域的网格划分。整个计算模型采用单层六面体网格划分,网格单元总数为150633,网格节点数为99100。为了更加精确地模拟翼型表面的流动状况,对翼型表面网格进行了加密处理。

 

在计算翼型空化性能时,保持上述设置的同时,另外再引进25°的液态水和水蒸气两种工作介质,并在进口处将液态水体积分数设置为1,水蒸气体积分数设置为0。引入Rayleigh-Plesset空化模型、Singhal空化模型、以及Zwart-Gerber-Belamri空化模型,将温度设定为25°,并通过调节出口静压值大小(由高到低,每次以5%-10%的幅度减小)对翼型空化的发生及发展过程进行模拟。

表1:佛山肯富来水泵湍流模型能量计算结果

湍流模式 进口速度U (m/s) 阻力系数Cd 升力系数Cl
k-s 20 0.0108946 0.306783
RNG k-s 20 0.010311 0.302689
k-w 20 0.0077496 0.319709
SST 20 0.0077402 0.320668
Reynolds 20 0.0052267 0.321677

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