基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析-农业机械学报.PDFVIP

２０１８年 ５月 农 业 机 械 学 报 第 ４９卷 第 ５期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１８．０５．０２１ 基于ＬＥＳ的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析 １ １，２ １ １ 潘　强　施卫东 　赵瑞杰 　张德胜 （１．江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江 ２１２０１３；２．南通大学机械工程学院，南通 ２２６０１９） 摘要：泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件，在不同工况的流动中存在多种旋涡，可分为自由表面涡和液 下涡，这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流， 采用大涡模拟（ＬＥＳ）及流体体积函数（ＶＯＦ）方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算，并进 行了系统的验证。基于数值计算结果，统计了旋涡的时均特性，讨论了ＲＡＮＳ方法和 ＬＥＳ方法对涡流预测的区别； 采用 等值面将旋涡结构可视化，观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构；分析了不同时刻表面涡及 λ ２ 附底涡的形态和瞬态特性，通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明：二次涡 与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散，并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。 关键词：泵站进水池；自由表面涡；液下涡；大涡模拟；流体体积函数；瞬态特性 中图分类号：ＴＶ６７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１８）０５０１８６０９ ＴｒａｎｓｉｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｒｅｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄ ＳｕｂｍｅｒｇｅｄＶｏｒｔｉｃｅｓｉｎＰｕｍｐＳｕｍｐＢａｓｅｄｏｎＬＥＳ １ １，２ １ １ ＰＡＮＱｉａｎｇ　ＳＨＩＷｅｉｄｏｎｇ 　ＺＨＡＯＲｕｉｊｉｅ　ＺＨＡＮＧＤｅｓｈｅｎｇ （１．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ２２６０１９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗａｔｅｒｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｏｆｔｈｅ ｐｕｍｐｉｎｔａｋｅａｎｄｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｆｌｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｅｖｏｒｔｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｓｕｃｔｉｏｎｏｆａｉｒｗｉｌｌｂｅ ｉｎｄｕｃｅｄｉｆａｐｏｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｍａｄｅ．Ａｎｏｐｅｎｐｕｍｐｉｎｔａｋｅｗａｓｒｅｆｅｒｒｅｄｓｏｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅｆｒｅｅ ｓｕｒｆａｃｅａｎｄｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｖｏｒｔｉｃｅｓｃｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄ ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｆｌｏｗｓ．Ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＬＥＳ）ｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｈｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｖｏｒｔｉｃｅｓｉｎｔｈｅｐｕｍｐｉｎｔａｋｅａｎｄｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｗａｓｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｖｏｌｕｍｅｏｆｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ（ＶＯＦ）．Ｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｏｎ