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多級(jí)離心泵內(nèi)流如何計(jì)算?

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大東海泵業(yè)多級(jí)離心泵
多級(jí)離心泵葉輪內(nèi)流計(jì)算所采用的方程是以N-S方程及簡(jiǎn)化形式為主的方程組。由于直接計(jì)算求解N-S方程目前存在困難,所以在數(shù)值計(jì)算方面一般解簡(jiǎn)化N-S方程。葉輪內(nèi)流計(jì)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(shè)流體無黏性,對(duì)于大雷諾數(shù)、流動(dòng)無分離,無射流及漩渦等間斷面的問題有效,在多級(jí)離心泵葉輪計(jì)算中可簡(jiǎn)化為L(zhǎng)aplace方程。這種方法在20世紀(jì)70年代和80年代使用較多,現(xiàn)在主要用于流場(chǎng)的校核。
2)拋物化N-S方程   忽略主流方向黏性導(dǎo)數(shù)項(xiàng)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(dòng)模擬邊界層內(nèi)的黏性流動(dòng)與無黏性的干擾。對(duì)于低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵用該方法可得到滿意的結(jié)果。Kirtley等采用該方法計(jì)算了多級(jí)離心泵內(nèi)流道的問題,并且與試驗(yàn)和其他算法比較,證明了核方法具有較高的效率和準(zhǔn)確性。
3)邊界層近似方程  對(duì)于高雷諾數(shù)流動(dòng),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(dòng)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(nèi)流時(shí)一般要求與其他方程聯(lián)合求解。
4)雷諾時(shí)均方程   時(shí)均的Reynolds N-S方程,對(duì)于葉輪內(nèi)流模擬,該方程需要用湍流模型來封閉才能求解。由于多級(jí)離心泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)是三維湍流流動(dòng),而且受葉輪旋轉(zhuǎn)和表面曲率的影響,考慮湍流運(yùn)動(dòng)的葉輪內(nèi)流計(jì)算方法發(fā)展很快。
由于目前尚無普遍適用的湍流模型,在多級(jí)離心泵內(nèi)流計(jì)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(nèi)流計(jì)算尚欠可靠性(盡管已有人把該模型用于水輪機(jī)計(jì)算),而且計(jì)算花費(fèi)也大。
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