应用混合非线性亚格子应力模型计算离心泵叶轮中的旋转流动

摘要

旋转湍流广泛存在于离心泵等旋转机械,在旋转状态下湍流处于各项异性状态.通常在对此类流动进行大涡模拟(LES)时,亚格子应力(SGS)模型多建立在均匀各向同性假设基础上,忽略各向异性的影响,无法准确反应旋转效应作用.本文借鉴动态混合模型和非线性模型思想,提出了一种混合非线性模型,简称DMNM.新模型在DMM的基础上对涡粘部分采用非线性建模,应用应变率和旋转率对涡粘部分做二阶展开,保留高效二阶项,使模型具有二阶计算精度,可反应各向异性在旋转流动中的影响.通过对一离心泵叶轮中的强旋转流动进行模拟表明,DMNM较之DSM,准确预测出了叶片正面靠近进口边下游位置和叶片背面出口边上游位置处存在的两个平均速度低值区域,计算结果更接近于PIV测试结果.研究还发现,由于DMNM中显式求解的尺度相似部分和旋转率部分能更直接地提供能量的传递(包括能量逆传),因此更容易捕获湍动能和湍流场中的涡结构.此外,DMNM体现了各项异性作用,使其更加适用于高曲率、强旋转湍流的计算.