流体机械内部空化流动的数值模拟

【摘要】：本文是在国家自然科学基金项目(NO:90410013)支持下完成。在流体机械(泵、水轮机等)运行过程中,空化会使其过流部件产生空蚀破坏,产生噪声和振动,空化严重时机械的效率显著降低甚至不能正常运行。因此,流体机械的空化空蚀问题是流体机械设计、制造和科学研究等有关方面非常关心的基本问题,也是提高其性能和质量所必须认真研究解决的重要课题。 随着计算流体力学的发展和计算机性能的提高,用数值模拟来分析流体机械内部的流动已经成为可能。应用数值模拟的方法可以对实验难以测量的参数进行预估,而不需要大量的实验,应用数值模拟的方法对流体机械进行分析和工程设计,有利于提高工作的可靠性和经济性。数值模拟方法己经成为流体机械分析、设计的一个重要手段。 本文以计算流体力学知识为基础,以商用CFD软件Fluent为工具,采用基于Reynolds平均法的Realizable κ—ε两方程模型和混合多项流模型,模拟了一低比转速离心泵叶轮和一混流式水轮机转轮中的空化流动情况。通过模拟,得到离心泵叶轮在不同流量工况下内部空化流动情况,对叶轮的优化设计有重要意义。同时通过结果分析否定了一些计算、设计中采用的轴对称流动的假定,并且也从另一个角度印证了加大流量的设计方法。对HL240型水轮机的设计工况进行模拟,由模拟结果求出的水轮机空化系数与通过模型试验所得到的空化系数非常吻合,提出了水轮机空化系数动态测定的方法,利用这种方法可以较准确地得到叶片上发生空化空蚀的总区域,并且可以估算出叶片各个区域发生空化空蚀的程度。从而对水轮机何时进行检修提供理论指导,使水电站的经济效益达到最大化。