不同湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的应用与验证

作     者：张德胜 吴苏青 施卫东 潘大志 姚捷 张光建 Zhang Desheng;Wu Suqing;Shi Weidong;Pan Dazhi;Yao Jie;Zhang Guangjian

作者机构：江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2013年第29卷第13期

页      面：46-53页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51109093 51079063) 江苏省自然科学基金(BK2011503) 中国博士后基金面上和特别资助项目(2011M500117 2012T50468) 江苏省六大人才高峰项目(2011-ZBZZ-015) 江苏省科技成果转化专项资金项目(BA2011126) 江苏省优势学科建设工程项目资助 

主　　题：轴流泵 数值模拟 模型 湍流 叶顶泄漏涡 网格优化 涡核轨迹 

摘      要：为寻求一种经济、适合的湍流模型模拟轴流泵叶顶泄漏涡的结构和运动特性,该文基于ANSYS CFX软件平台,优化了六面体网格拓扑结构,比较了标准k-ε湍流模型(standard k-ε)、重正化群k-ε湍流模型(renormalization group k-ε,RNG),标准k-ω湍流模型(standard k-ω)和SST k-ω湍流模型(shear stress transport)等4种湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的计算精度和叶顶泄漏涡流场特征。数值模拟和试验结果表明,在最优工况下,SST k-ω湍流模型预测外特性曲线与试验曲线吻合较好,扬程误差为4.688%,较其他3种湍流模型准确;4种湍流模型计算的叶顶泄漏涡流线、叶顶区压力场和轴面速度场分布规律相似,但RNG k-ε和SST k-ω湍流模型计算的涡卷吸较强,涡带的旋涡强度相对较大。基于旋涡强度提出了一种对叶顶泄漏涡的涡心进行识别的方法,并与高速摄影拍摄的涡带结果进行了对比,在设计流量工况和大流量工况下,发现SST k-ω湍流模型计算的叶顶泄漏涡运动轨迹与试验结果吻合度较好,验证了SST k-ω湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟具有较好的适用性。