贯流风机内部旋涡非定常演化的数值模拟

摘要

本文采用三维雷诺平均守恒型非定常Navier-Stokes方程、K-ε两方程湍流模型和SIMPLE算法对贯流风机内旋涡的非定常演化进行了数值模拟,讨论分析了贯流风机从叶轮启动到半稳态流动条件下内部旋涡产生、发展、耗散、消失的演化过程.数值模拟显示:偏心涡最先在进气侧蜗舌附近叶轮内部产生,随后横穿叶轮内部从进气侧朝出气侧移动,到达出气侧后再沿圆周向蜗舌方向移动,最后位于出气侧叶片内圆周上;在半稳定状态下,偏心涡控制了横穿风机内部的贯流,高速的贯流抑制了叶轮内部其它区域旋涡的产生;叶轮外圆周脱落的旋涡是不稳定的,它们互相融合,逐渐衰减,朝远离叶片的方向移动,最后由于流体的耗散性而消失.本文计算得到的贯流风机半稳定流动时的气动曲线和内流特性与实验值吻合良好.本研究用数值模拟的方法阐述了偏心涡先于贯流而产生;是由于偏心涡的存在导致了贯流的产生,并非贯流的存在而导致了偏心涡的产生;本文证实了ECK的旋涡理论和文献3的实验结果.