基于旋轉湍流場的非線性渦粘性模型的研究及其應用.pdf

1、旋轉湍流場是工程領域中最為復雜的流場之一，它廣泛的存在于各類流體機械中，如泵、風機、壓縮機、水輪機等。由于旋轉效應的存在，使得流場的結構發(fā)生了很大的變化。旋轉湍流場的早期研究主要用實驗的方法，隨著計算流體力學(CFD)的發(fā)展，湍流流動數值模擬方法被大量采用。在常見的RANS方法中，基于Boussinesq線性渦粘性假設的兩方程湍流模型在工程計算中應用很廣泛，但是它在旋轉系統(tǒng)的湍流模擬中存在兩個明顯的缺陷，即各向同性假設和模型坐標不變性。

2、前者是基于Boussinesq假設的結果；后者則是由于對應變率張量的唯一依賴性。這些缺陷導致諸多后果，如不能準確預測管道中的二次流動(各向同性渦粘性系數)以及不能對旋轉之類的非慣性效應做出正確反應(坐標無關性)。
　　 考慮到上述因素，本文基于Wallin&Johansson的顯示代數雷諾應力湍流模型，通過引入擴展內稟平’均旋轉張量，建立了適合于旋轉流動的非線性渦粘性模型。并通過對一旋轉槽道流動進行數值計算來驗證模型的可行性。模

3、擬結果與實驗的對比表明，該模型能夠更精確地反映流動各向異性的特征，并分析了旋轉對主流流動和湍流結構的影響。
　　 本文將所建立的非線性渦粘性模型應用于一多翼離心風機的流場計算中，基于數值模擬結果的性能預測和實驗結果吻合良好，證實了所采用的計算模型和數值方法的可行性。通過對不同設計工況下葉輪流道內速度場和壓力場的詳細研究，本文發(fā)現(xiàn)在葉輪前盤附近區(qū)域，由于逆壓梯度的作用和氣流從軸向急劇轉為徑向，葉輪流道中存在二次渦流，并且低能量流體