[发明专利]一种轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测方法

说明书

本发明公开一种轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测方法，属于叶轮机械模拟技术领域。包括：轴流泵内部流道的建立及其三维流域的网格划分，间隙空化流动数值计算模型的构建，轴流泵内部定常空化流场的数值计算，轴流泵内部非定常空化流场的求解，轴流泵叶轮叶顶间隙空化区域的数值预测与查看。本发明考虑了叶顶间隙的局部旋涡运动对空化流动的影响，将反映流场局部旋转运动特性的流动参数加入空化模型中，提高了轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测的可信度，能够准确预测轴流泵叶轮叶顶间隙的空化区域，具有重要的理论价值和工程实用意义。

技术领域

本发明属于叶轮机械模拟技术领域，尤其涉及一种轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测方法。

背景技术

在轴流泵的叶轮流道中，旋转叶片和叶顶外缘泵壳之间存在间隙，叶轮叶顶间隙是轴流泵空化破坏的集中区域，叶顶间隙空化是引起轴流泵机组故障的重要因素。受到轴流泵叶轮叶顶间隙几何尺度和复杂流场的制约，间隙空化流场的实验测试成本高、难度大、数据有限，相比之下，基于计算流体动力学方法的数值模拟技术优势明显。轴流泵叶轮叶顶间隙流场富含涡流运动，尽管已有学者探究轴流泵叶顶间隙的消涡方法，但在目前运行的大型轴流泵站以及市场所用的轴流泵中，叶顶间隙涡流及其引发的涡空化现象仍然普遍。由于涡流运动对涡空化的影响机理尚不明确，导致间隙涡空化的数值预测精度有待提高，为此，有必要发展一种能够合理预测轴流泵叶轮叶顶间隙空化的数值计算方法。

发明内容

本发明的目的就是针对目前大型轴流泵站以及市场所用的轴流泵中，叶顶间隙涡流及其引发的涡空化现象，涡空化数值预测精度低等不足，提出一种轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测方法，能够考虑局部旋涡运动对空化流动的影响，提高轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测的可信度，具有重要的理论价值和工程实用意义。

本发明的技术方案是：一种轴流泵叶轮叶顶间隙空化数值预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.轴流泵内部流道的几何模型建立；

B.轴流泵三维流域的网格划分；

C.间隙空化流动数值计算模型建立；

D.轴流泵内部定常空化流场计算；

E.轴流泵内部非定常空化流场计算；

F.轴流泵叶轮叶顶间隙空化区域确定；

步骤A所述的轴流泵内部流道的几何模型建立，包括：进水流道、叶轮流道、导叶流道和出水流道的几何模型建立；

步骤D所述的轴流泵内部定常空化流场计算，包括：定义计算域的流动边界和初始参数，求解不可压雷诺时均方程，采用SST-CC湍流模型；空化模型采用步骤C建立的间隙空化流动数值计算模型；

步骤E所述的轴流泵内部非定常空化流场计算，包括：将步骤D的定常空化流场计算结果作为初始条件，定义非定常计算求解时间步长、求解时间和收敛标准，进行轴流泵内部非定常空化流场计算；

步骤F所述的轴流泵叶轮叶顶间隙空化区域确定方法如下：在步骤E获得的非定常空化流场计算结果中，采用汽相体积分数为0.1的等值面查看轴流泵叶轮叶顶间隙空化区域。

步骤A中所述的轴流泵内部流道的几何模型建立是基于叶顶间隙宽度不超过叶轮直径的千分之二。

步骤B中所述的轴流泵三维流域的网格划分是采用ANSYS Workbench中的TurboGrid模块对叶轮和导叶流道进行六面体结构网格划分，并对叶顶附近网格加密，以便捕捉叶顶间隙空化流动的细节特征。

步骤C中所述的间隙空化流动数值计算模型建立是在Zwart空化模型的凝结项中引入修正因子C_c：