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多级离心泵内流计算控制方程

发布日期:2012-07-19 15:57:01      浏览数:

多级离心泵叶轮内计算所采用的方程是以N-S方程及简化形式为主的方程组。由于直接计算求解N-S方程目前存在困难,所以在数值计算方面一般解简化N-S方程。叶轮内流计算所采用的控制方程主要有以下几种:

1)无黏欧拉方程 假设流体无黏性,对于大雷诺数、流动无分离,无射流及漩涡等间断面的问题有效,在多级离心泵叶轮计算中可简化为Laplace方程。这种方法在20世纪70年代和80年代使用较多,现在主要用于流场的校核。

2)抛物化N-S方程 忽略主流方向黏性导数项的定常N-S方程。它可以考虑横向及垂直方向压力梯度,能自动模拟边界层内的黏性流动与无黏性的干扰。对于低比转速多级离心泵用该方法可得到满意的结果。Kirtley等采用该方法计算了多级离心泵内流流道的问题,并且与试验和其他算法比较,证明了核方法具有较高的效率和准确性。

3)边界层近似方程 对于高雷诺数流动,由于在物体壁面附近存在着一层很薄的边界层,而在边界层外黏性作用小得多,可作无黏流动处理,这样可用边界层近似来考虑黏性作用。边界层方程在求解叶轮内流时一般要求与其他方程联合求解。

4)雷诺时均方程 时均的Reynolds N-S方程,对于叶轮内流模拟,该方程需要用湍流模型来封闭才能求解。由于多级离心泵叶轮内的流动是三维湍流流动,而且受叶轮旋转和表面曲率的影响,考虑湍流运动的叶轮内流计算方法发展很快。

由于目前尚无普遍适用的湍流模型,在多级离心泵内流计算中所采用的湍流模型主要由零方程模型、一方程模型和双方程模型,而以双方程模型用的最多。

其他如大涡模拟和直接模拟以及非线性模型还未能推广,用于叶轮内流计算尚欠可靠性(尽管已有人把该模型用于水轮机计算),而且计算花费也大。

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