離心風機整機三維數(shù)值仿真方法及分析
關(guān)鍵詞：離心風機 發(fā)布時間：2013-09-03 點擊數(shù)：1957
1 引言
離心風機的內(nèi) 部流 動非常 復(fù)雜, 葉 輪、 殼本 身的 性能蝸及它們之間的匹 配是 否恰 當都將 影響 風機的 性能。在 試驗研究方面, 文獻 [ 1]對一 矩形截 面蝸殼 內(nèi)的實 際流動 進行了三維測試, 得到蝸殼 內(nèi)流場 的實 際分布 狀態(tài), 并 進行了 初步分析, 文獻 [ 2]利用激光多 普勒測 速儀 ( LDV ) 對離心 風機葉片擴壓器的內(nèi)部流 場進行 了試驗研 究, 文獻 [ 3] 采用 粒子圖的結(jié)論。這些試驗 研究 和數(shù)值 計算 在研究 離心 風機內(nèi) 部流場方面均得出一些有 用的結(jié)論, 但由于 試驗測量條 件和計算機資源的限制, 對于葉輪和蝸殼相互干 涉的整機研 究很少涉及。而蝸殼的高 度非對 稱特 性表明, 葉 輪、蝸殼相 互作 用引起的流場非對稱性 及其 內(nèi)部復(fù) 雜的 渦系結(jié) 構(gòu)用 傳統(tǒng)的 單通道模式是無法確定準 確。
2 數(shù)值仿真原理及方法
流體流動要受物理守恒定 律的支配, 基本的守 恒定律包括: 質(zhì)量守恒、 量守 恒和能 量守 恒。控制 方程是 這些 守恒動定律的數(shù)學(xué)描述, 其 中質(zhì)量 守恒 方程又 叫連 續(xù)方程 , 動 量守恒方程又叫運動方程 。在壁面區(qū), 流動情況 變化很大, 特別是粘性底層, 流動幾乎是層流, 湍流應(yīng) 力幾 乎不起 作用。為 解決 這一問 題, 用一組半經(jīng)驗的公式 (即壁面函 數(shù) ) 將壁面 上的物 理量與 湍流核心區(qū)內(nèi)的相應(yīng)物理量 聯(lián)系起來, 即壁面函數(shù)法。
2. 1 基本控制方程
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式中 Q為密度, P 為流體靜壓, W為流體的相對速度矢量, [ I ]?為單位張量, [ S]為粘性應(yīng)力張量, E 為 單位質(zhì)量流 體所具有的總能量 (E = e+ W 2 /2, e為 流體 內(nèi)能 ), X 為 相對坐 標系?的旋轉(zhuǎn)速度, k 為流體的導(dǎo)熱系數(shù), T 為流體的靜 溫。通過對以上方程進行時均 運算 便可得 相對 直角坐 標系 下守恒 形式的雷諾時均 N - S方 程。
2. 2 壁面函數(shù)法
壁 面附近 區(qū)域的 處理方 式直接影 響著數(shù) 值計算 結(jié)果的準確性和湍流模 型的實 用性, 因 此對于 壁面 附近的 區(qū)域, 可采用壁面函數(shù)法來處 理, 把第一個與壁 面相鄰的節(jié) 點布置在旺盛的湍流區(qū)域 內(nèi)。壁 面函數(shù) 法的 主要內(nèi) 容就 在于確 定壁面上流速的當量擴散 系數(shù)戶 Lt。假設(shè)在所計算問題的壁面 附近粘性支層 以外的地 區(qū), 無量綱速度服從對數(shù)分 布律, 即為:
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當把第一 個內(nèi)節(jié)點 P 布置到對數(shù)分布律成立的范 圍內(nèi),即旺盛湍流區(qū) 域時, 第一個內(nèi)節(jié)點與壁 面之間區(qū)域 的當量粘性系數(shù) Lt 為:
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