双叶片泵内非定常流动的数值模拟

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2005年第45卷第8期2005,V o l .45,N o .833 38113021133双流道叶轮内部三维定常湍流数值模拟周　兵,　陈乃祥(清华大学热能工程系,北京100084)收稿日期:2004208217作者简介:周兵(19772),男(汉),河南,博士研究生。

通讯联系人:陈乃祥,教授,E 2m ail :chennx @m ail.tsinghua .edu .cn 摘　要:对某双吸离心泵的双流道叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟以研究其内部流动规律。

计算基于R eyno lds 时均N avier 2Stokes 方程,采用了标准k 2Ε湍流模型,压力速度耦合使用S I M PL E 算法。

计算得到了叶轮进口和水平截面的速度矢量图、叶片压力面和吸力面以及叶轮盖板的压力分布等值线图,并对其进行了分析。

结果表明全流道计算可以较好地模拟双流道叶轮的内部流动,尤其是叶轮进出口的流动,并可对泵的外特性做出预估。

计算结果有助于深入了解双流道叶轮内部流动机理,指导叶轮的水力设计。

关键词:离心泵;双流道叶轮;湍流;数值模拟;全流道计算中图分类号:TH 312文献标识码:A文章编号:100020054(2005)0821130204Nu m er ica l si m ula tion of 3-D steadyturbulen t f low i n a doublechannel i m pellerZHOU B ing ,CHEN Na ixia ng(D epart men t of Thermal Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Ch i na )Abstract :T he steady 32D turbulent flow in a double channel i m peller of a m ultiflow centrifugal pump w as si m ulated using the R eyno lds A veraged N avier 2Stokes equati ons w ith the k 2Εturbulence model and the S I M PL E algo rithm.T he analysis p redicts the vecto r graph of velocities at the inlet and at vari ous cro ss secti ons of the i m peller and the static p ressure contours on the i m peller shroud surface and on the p ressure and sucti on surfaces of the blade .T he results show that the full passage calculati on can si m ulate the flow in the double channel i m peller,especially at the inlet and exit,to assess the pump perfo rm ance .T he results p rovide an understanding of the flow in the double channel i m peller to i m p rove the hydraulic design .Key words :centrifugal pump;double channel i m peller;turbulentflow ;num erical si m ulati on;full passage calculati on双流道叶轮是双吸离心泵的重要组成部分,其性能对泵有重要影响。

导叶式混流泵内部非定常流动特性数值模拟季磊磊;李伟;施卫东;张扬;杨勇飞【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2016(047)0z1【摘要】为了研究不同流量工况对导叶式混流泵内部非定常流动特性的影响,基于ANSYS CFX软件并采用标准k-ε两方程模型对混流泵的外特性进行了数值预测,分析了流量工况对混流泵内压力分布、流线分布和湍动能的影响,探讨了不同流量工况下不同监测点的压力脉动时域和频域响应.研究结果表明,数值计算的外特性结果与试验测量结果趋势基本一致,最优工况点数值预测与试验测量的扬程和效率误差分别为3.29％和0.27％,数值计算的准确度较高.小流量工况下,叶片工作面与背面之间存在着较大的压力梯度,形成的轮缘泄漏流对主流产生较大干扰,同时受到动静干涉的影响,在叶轮出口和导叶流道内造成较大的能量损失和湍动能耗散;随着流量增加,轮缘泄漏流逐渐减少,动静干涉效应相对减弱,流场流动趋于平稳.不同流量工况下,各监测点压力脉动呈明显的周期性变化,一个旋转周期内压力脉动曲线有4个波峰和4个波谷,叶片通过频率始终占主导作用;流量对叶轮进口处和导叶中间处的压力脉动影响最明显,小流量工况下压力脉动系数的幅值变化最大;随着流量的增大,压力脉动频域幅值随之减小.本研究可为扩大混流泵的运行范围以及混流泵叶轮和导叶的优化设计提供参考依据.【总页数】9页(P155-162,188)【作者】季磊磊;李伟;施卫东;张扬;杨勇飞【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TH313【相关文献】1.基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析 [J], 杜媛英;高强;尚长春;郝昱宇;赵天鹏;王晓璐2.导叶式混流泵多工况内部流场的PIV测量 [J], 李伟;季磊磊;施卫东;周岭;张扬3.导叶式离心泵内部流动特性数值模拟 [J], 朱相源;江伟;李国君;孙光普4.低比转数混流泵导叶内部压力脉动特性研究 [J], 翟杰;祝宝山;李凯;王旭鹤;曹树良5.高比转数混流泵非定常流场压力脉动特性 [J], 王春林;贾飞;吴志旺;刘栋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

空气动力学中的非定常流动数值模拟研究空气动力学是研究物体在空气中运动的力学学科，非定常流动数值模拟是其中非常重要的研究领域之一。

在过去的几十年里，非定常流动数值模拟已经成为了空气动力学研究的重要手段之一，对于许多行业和领域都具有重要的应用价值。

一、非定常流动数值模拟的意义和价值非定常流动是指在空气动力学中存在着时间上不稳定、空间上不均匀的气流现象。

这些气流现象通常包括了飞行器、汽车、船舶等物体运动中产生的涡旋、尾流等气流现象。

非定常流动数值模拟是一种通过数值模拟方法来研究这些气流现象的研究手段。

它可以帮助研究者了解非定常流动产生的机制和规律，进而对于减小气流阻力、提高效率、改进气动设计等方面具有重要的应用价值。

二、数值模拟的方法和技术在非定常流动数值模拟研究中，有许多数值模拟的方法和技术可供选择。

一般而言，这些方法和技术可以分为三类：欧拉方法、拉格朗日方法和欧拉-拉格朗日混合方法。

欧拉方法是以空气粒子在运动过程中所受到的作用力来计算空气流场的运动状态，它适用于基本上没有物体与空气之间的相互作用的流动。

拉格朗日方法则是用来研究物体运动时所产生的流动现象，例如在飞行器飞行时产生的尾流。

欧拉-拉格朗日混合方法则是将欧拉方法和拉格朗日方法相结合，既可以对欧拉方法适用的流动进行数值模拟，又可以对拉格朗日方法适用的流动进行数值模拟。

在非定常流动数值模拟的研究中，还会用到诸如贪吃蛇法、分叉皮带法、埃拉纳法等一系列基于无网格的数值模拟方法和技术。

这些方法和技术更具有灵活性和适用性，能够更加准确地描述非定常流动。

三、数值模拟在气象、航空航天等领域的应用非定常流动数值模拟在许多领域都具有广泛的应用，特别是在气象、航空航天等领域。

在气象研究中，非定常流动数值模拟可以帮助研究者更好地预测气象条件，从而为天气预报提供更加准确的数据。

在航空航天领域，非定常流动数值模拟不仅可以用来优化飞行器的设计，还可以帮助研究者了解飞机在高空飞行时遇到的各种气流现象，从而增强飞行安全。

汽轮机级内的非定常流动的数值模拟1.介绍由于前后的结构限制，单一涡轮叶栅的进口和出口处的流场参数（边界条件）很难定义下来。

因此，可以选择把好几个级作为一个整体进行分析，此时界面流场的结果就很容易用数值进行模拟。

当然，这个整体可以提供更多的信息，例如，叶片受力情况，寿命等等。

从混合平面到完全的非定常作用，这些各不相同的耦合方法已经都被使用过。

本篇文章主要研究定子和转子之间的非定常作用，对此，我们已经提出了两种有限分析处理方法。

第一种分析方法假定一个相对简单的定子—转子匹配情况，在基于罗伊对Riemann解的非结构网络化的近似理论，实现了对现有的内部二维有限体积法的算法证明。

第二种分析方法来源于对两相冷凝蒸汽流动的Lax-Wendroff二维有限体积分析法和Giles匹配算法的有机结合，这种方法已经成功的在高压涡轮叶栅的单相定子—转子间相互作用的计算中得到验证。

2.控制方程和问题提出这两种流动模型通过偏微分的形式给出W=--G+Q （1）理想气体的二维流动可以用欧拉公式描述，可以进一步称为单相流动模型，也可以用这个公式表示W=[, F=[,)Q=[0,0,0,0G=[（2）其中表示密度，是速度的矢量分量。

P表示压力，e是每单位体积的能量。

表示比热容。

下面的模型描述的是蒸汽和冷凝水混合物的流动，也被称为两相流动模型。

我们假设液滴被蒸汽带动着进行流动。

这个控制方程包括对混合物的欧拉方程和液滴参数的传递方程。

因此，表达式如下（3）此时，代表混合物的密度，代表蒸汽和液体平均速度的矢量分量。

P表示平均压力，e是每单位体积的能量。

代表湿度。

方程组加上压力方程封闭（即有解），压力方程如下（4）L表示凝结潜热，比热容这里作为温度函数。

Hill参数如下：（5）N表示每单位质量混合物中的液滴数，表示第i个液滴的半径，r表示平均半径。

数量级作为计算时的单位，每单位体积每秒新凝结的液滴数J根据下面的公式计算（6）新的液滴半径用表示，蒸汽密度为蒸汽的温度用理想气体定律计算。

2006年6月农业机械学报第37卷第6期离心泵蜗壳内部非定常流动的数值模拟张兄文　李国君　李　军 【摘要】　采用双重时间步方法对一离心泵内部的液体非定常流动进行了数值研究。

结果表明,叶轮叶道出口的“射流 尾迹”结构沿蜗壳流动方向而变化,蜗壳中部区域的尾迹中心约位于叶片吸力面之后叶道圆周长的10%处,蜗舌分水区尾迹中心大约在吸力面之后叶道圆周长的20%处。

蜗壳中静压的波动主要受叶片蜗舌夹角影响,动压主要受“射流 尾迹”结构影响;流量大于设计流量时,静压在蜗壳内沿流动方向渐降,流量小于设计流量时,静压在蜗壳内沿流动方向渐升,随着流量从小到大变化,蜗舌舌尖上的滞止点从蜗舌外侧向蜗舌内侧移动。

关键词:蜗壳　非定常流动　数值模拟中图分类号:O 35711;TH 311文献标识码:ANu m er ica l Si m ula tion of Un steady Flow i n Cen tr ifuga l Pu m p VoluteZhang X i ongw en L i Guo jun L i Jun(X i ’an J iaotong U n iversity )AbstractU n steady flow characteristics in a cen trifugal p um p vo lu te w ere investigated by u sing duel ti m e stepp ing m ethod in the num erical si m u lati on .T he si m u lati on resu lts indicated that “jet w ake ”p henom enon w as iden tified near the i m p eller .T he configu rati on of the “jet w ake ”w as varied from in let to ou tlet in the vo lu te .T he w ake cen ter w as located at abou t 10%of the i m p eller p assage beh ind sucti on side at the cen tral regi on of the vo lu te and abou t 20%at the cu tw ater regi on .Si m u lati on resu lts show ed that static p ressu re fluctuati on w as m o stly affected by b lade 2tongue in teracti on ,and dynam ic p ressu re fluctuati on w as m o stly influenced by the “jet w ake ”flow structu re .W hen the flow rate w as low er than the designed flow rate ,static p ressu re increased from in let to ou tlet in the vo lu te .W hen the flow rate w as h igher than the designed flow rate ,static p ressu re decreased from in let to ou tlet in the vo lu te .A dditi onally ,the po siti on of tongue stagnati on po in t m oved ou tside in to in side of tongue w ith the flow rate increased .Key words V o lu te ,U n steady flow ,N um erical si m u lati on收稿日期:20050428张兄文　西安交通大学能源与动力工程学院　博士生,710049　西安市李国君　西安交通大学能源与动力工程学院　教授李　军　西安交通大学能源与动力工程学院　副教授 引言离心泵蜗壳内部流场主要受叶轮出口“射流 尾迹”流动的影响和叶片蜗舌之间的动静干涉作用,其内部流动极不均匀,在时间上表现为强烈非定常流动,使泵的损失增大,效率下降,同时产生水力噪声和壳体的振动,严重时会破坏泵的结构甚至使泵瘫痪,所以研究蜗壳内部流动机理对蜗壳的优化设计和离心泵整体性能的提高具有很大的工程应用价值。

叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟
黄伟光;陈乃兴;山崎伸彦;难波昌伸
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】1999(20)3
【摘要】本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程，对叶轮机械多级
叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。

在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后，针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析，得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。

计算结果表明。

本文提出的计算方法是合理有效的，为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。

【总页数】5页(P294-298)
【关键词】叶轮机械;非定常流动;动静叶片干涉;N-S方程
【作者】黄伟光;陈乃兴;山崎伸彦;难波昌伸
【作者单位】中国科学院工程热物理研究所;日本国立九州大学航空航天系
【正文语种】中文
【中图分类】TB126
【相关文献】
1.时序效应减小转子叶片表面非定常气动力的数值模拟 [J], 杜红军;胡骏;姚刚
2.风力机三维旋转叶片非定常气动特性数值模拟研究 [J], 胡国玉;孙文磊;曹莉
3.动静叶相互干涉的三维非定常流场数值模拟 [J], 王松涛;王仲奇;冯国泰;吴猛
4.非定常动静叶干涉作用的二维数值模拟 [J], 吴先鸿;陈矛章
5.轴流压气机动静叶片排非定常气动力分析 [J], 周正贵;胡骏
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轴流泵定常、非定常数值模拟1网格划分1.1. 叶轮[1] 在NX中，【文件(F)】→【导出(E)】→STEP203，将水体转成.stp格式。

[2] 打开ICEM CFD，【File】→【Change working directory】，选择工作目录。

[3] 【File】→【Import Geometry】→【STEP/IGES】，导入几何体，【Apply】如图4-6-1。

图4-6-1 导入几何图4-6-2 划分part[4] 【Geometry】→【Repair Geometry】，，【Apply】。

若均为红线则实体拓扑结构完整。

[5] 为了便于后面的网格划分和后续的CFD设置，将叶轮水体的不同部位设为不同的“part”，如图4-6-2。

[6] 【Creat Body】，点击“2 screen location”后的鼠标箭头，在体上选择两点，要求这两点的连线都在体内，如图4-6-3。

点1点2单击图4-6-3 生成BODY[7] 【Mesh 】→【Global Mesh Setup】进行全局网格设置，“Scale factor”：1.0，“Max element”:10.0，【Apply】。

a·ii·b图4-6-4 全局网格设置[8] 【Mesh】→【Part Mesh Setup】，进行局部网格加密。

如图5，设置max size，CKB（出口边）：0.5，JKB（进口边）：0.5，KT（壳体）：4，LG（轮毂）：4，YLCK（叶轮出口截面）：4，YLJK（叶轮出口截面）：4，YP（叶片）：2。

图4-6-5 局部网格加密[9] 【Mesh】→【Compute Mesh】，【V olume Mesh】，“Mesh Type”：Tetra/Mixed，”Mesh Method”：Robust(Octree)，如图4-6-6a，【Compute】。

生成网格数：134万，如图4-6-6b。

叶片式混输泵气液两相非定常流动特性分析余志毅;刘影【摘要】基于细泡状流动假设,采用双流体模型对一叶片式混输泵叶轮内的气液两相流动进行定常和非定常数值模拟.计算中,进口含气率为15％,湍流模型采用基于k-ω模型的SST模型,相间作用力考虑了阻力和附加质量力.通过分析流域的含气率及两相速度矢量分布,探讨了混输泵内气液两相非定常流动特性.结果显示,混输泵叶轮内的两相输运过程出现“不连续气团运动”现象.该现象的形成与气泡尺寸及气体所受的相间作用力有关,并且只有在非定常计算中才能得到清晰展现.计算还发现,气相轴面涡的位置与高含气率区几乎完全对应,说明气相旋涡是造成气体局部聚集的主要因素之一.通过对比外特性计算和实验结果,验证了所用数值模型和方法的可靠性.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2013(044)005【总页数】5页(P66-69,95)【关键词】叶片式混输泵;非定常流动;气液两相流;不连续气团;相间作用力【作者】余志毅;刘影【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TH311引言叶片泵内的气液两相流动行为是备受关注的热点问题之一。

为了预测此类泵的性能，人们尝试通过数值计算的方法对其内部流动进行模拟。

Tremante 对NACA65 轴流泵叶栅气液两相流的模拟发现，在大冲角情况下，气团随着冲角的增大由叶片前缘扩展至整个压力边，且叶轮流道产生分层流［1］;卢金铃采用欧拉模型对离心泵内气液两相泡状流进行模拟，发现叶轮流道靠近轮盖处含气率较高，当进口含气率达14%时，该处将产生严重的相态分离［2］;笔者通过自编的气液双流体模型程序对混输泵内三维两相湍流进行模拟，发现叶轮进口部分的旋涡区同时也是高含气区，并建议改进进口区的水力设计［3］。

总体而言，目前关于泵内气液两相流动的分析主要针对气团的分布特征，缺乏对气团形成过程及原因的探讨，而后者对充分认识泵内气液两相分离机制，进而采取有针对性的措施改进叶轮流道设计将起到更为直接的推动作用。

压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究
压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究是一个比较专业的领域，需要一定的专业知识和技能才能进行研究。

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1. 压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究是压气机研究领域的一个重要方向，其研究内容主要是通过数值模拟方法，对压气机叶顶间隙流的非定常特性进行研究，以提高压气机的性能和可靠性。

2. 压气机叶顶间隙流的非定常特性主要包括叶顶间隙流的脱落、涡脱落、涡-涡交互等现象，这些现象对压气机的性能和可靠性都有着重要的影响。

3. 压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究主要采用计算流体力学（CFD）方法，通过建立数值模型，对压气机叶顶间隙流的非定常特性进行模拟和分析，以获得流场的各种参数和特性。

4. 压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究需要掌握一定的数值计算方法和流体力学理论知识，同时还需要熟练掌握一些计算软件，如ANSYS、FLUENT等。

5. 压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究是一个比较复杂的研究领域，需要进行大量的实验验证和数据分析，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

总之，压气机非定常叶顶间隙流的数值模拟研究是一个比较专业的领域，需要具备一定的专业知识和技能才能进行研究。

双叶片泵内压力脉动的数值模拟朱荣生;胡自强;付强【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2010(026)006【摘要】为分析双叶片泵内压力脉动特点及其主要影响因素,采用RNG κ-ε模型对由叶轮水体、蜗壳水体及叶轮进口延伸段水体组成的三维计算区域进行3种不同工况下的非定常计算.通过分析计算模拟数据得出压力脉动时域图及频谱图,结果表明,双叶片泵内压力波动呈正弦周期性变化,进口处监测点压力波周期为其他监测点的2倍;压力脉动主要与泵内动静耦合作用有关,叶轮进口压力脉动主频等于叶轮的转频,叶轮与蜗壳耦合处及蜗壳出口压力脉动主频等于叶轮转频与叶片数的乘积,不同流量下同一监测点具有相同的主频,但其主频幅值不同,小流量下幅值最大,设计流量下幅值最小,叶轮与蜗壳耦合处压力脉动从隔舌处开始在叶轮旋转方向上逐渐衰退,所得结论对掌握双叶片泵内压力脉动产生的原理及其特性具有重要的指导意义.【总页数】7页(P129-134,封3)【作者】朱荣生;胡自强;付强【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江,212013;江苏国泉泵业制造有限公司,镇江,212009;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江,212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TH311【相关文献】1.循环流化床回路颗粒过阀压差脉动特性及对提升管内压力脉动的影响 [J], 吴广恒;王德武;魏晨光;刘燕;张少峰2.气固搅拌流化床内压力脉动特性的数值模拟 [J], 顾雪萍;韩颖;王嘉骏;冯连芳3.基于原油压缩性的叶片泵泵内压力模型研究∗ [J], 汤敬飞;吴晓东4.射水减弱混流式水轮机尾水管内压力脉动的数值模拟 [J], 李章超;常近时;辛喆5.无脉动的微型叶片泵——适用于微技术领域的新型叶片泵 [J], Hans-Jurgen Bittermann因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双心室心脏泵内部流动非定常数值模拟袁建平;孙文婷;王龙滟;付燕霞;洪锋;周帮伦【期刊名称】《排灌机械工程学报》【年(卷),期】2015(033)007【摘要】为了研究某新型离心式双心室人工心脏泵内部血液流动特性,采用CFD 技术对泵设计工况下的内部流场进行数值模拟分析,获得了该心脏泵内部速度、湍流动能和切应力分布规律,同时得到了泵进口流量、作用在不同过流部件的轴向力和径向力变化情况,并对蜗壳处的压力脉动进行分析.研究结果表明:该型双心室心脏泵内部流场没有出现明显的流动死水区,满足心脏泵的抗血栓要求;泵内压力和切应力分布规律相似,整体分布均匀,满足抗溶血性能的要求;由于心脏泵的整体设计为对称结构,很好地平衡了左右叶轮的轴向力;较小的泵整体结构的径向力和转矩有利于心脏泵抵御瞬态的径向负荷;左右两泵蜗壳处的压力脉动呈现明显的正弦周期性变化规律,均含有6个波峰和6个波谷,且各监测点处压力脉动的主频为叶片通过频率,这是由于叶轮和蜗壳的动静干涉作用.【总页数】8页(P553-559,582)【作者】袁建平;孙文婷;王龙滟;付燕霞;洪锋;周帮伦【作者单位】江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江 212013;江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江 212013;昆士兰科技大学科学工程学院澳大利亚布里斯班4000;江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江 212013;江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江 212013;江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TH311【相关文献】1.定常多相位与非定常计算方法在双吸离心泵数值模拟中的应用 [J], 胡乐;张淑佳;毛鹏展;徐铖2.定常多相位方法与非定常方法用于离心泵数值模拟的比较研究 [J], 张韬;张淑佳;毛鹏展;钱方琦3.板式贮箱内部流动的定常和非定常数值模拟 [J], 李永;潘海林;魏延明;赵春章4.熔盐泵分流式空间导叶内部流动及其非定常特性 [J], 杨敏官;邵腾;高波;李忠;王达5.超低比转数离心泵的内部流动及非定常特性 [J], 陈杰;王勇;刘厚林;邵昌;张翔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。