[發明專利]一種氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法

在審

• 申請號: 201911061010.5
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110781601A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 祝寶山;張文武
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 11246 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 史雙元

1.一種氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法，其特征在于，所述預測方法包括以下步驟：

步驟一：通過氣液混輸泵三維反問題設計，獲得葉輪和導葉葉片的最終形狀；

步驟二：根據步驟一建立氣液混輸泵三維幾何模型；

步驟三：依據步驟二的幾何模型，進行全流道六面體結構網格劃分，并采用不同類型的拓撲結構提高網格質量；

步驟四：建立氣泡尺寸預測模型，包括基本控制方程、湍流模型和氣泡方程；

步驟五：基于步驟四的氣泡尺寸預測模型，采用計算流體動力學CFD的仿真計算設定邊界條件及求解參數，對混輸泵內的氣泡尺寸及氣液兩相流場進行數值預測；

步驟六：對步驟五的數值計算預測進行后處理分析，獲得混輸泵葉輪和導葉內的氣泡尺寸變化規律以及氣液兩相流場信息。

2.根據權利要求1所述的氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法，其特征在于：所述步驟一利用三維反問題設計混輸泵的葉輪和導葉，首先設定基本參數、軸面形狀、葉片厚度和葉片載荷，得到一個初始的葉片形狀，然后通過葉片形狀、渦量場和速度場的不斷迭代計算，完成最終葉輪和導葉葉片形狀設計。

3.根據權利要求2所述的氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法，其特征在于：所述步驟二將步驟一中設計的氣液混輸泵葉輪和導葉形狀輸出.iges格式導入到三維建模軟件中，并建立截面當量直徑為D₁，長度L₁＝(3～5)D₁的進口管道和截面當量直徑為D₂,長度L₂＝(5～10)D₁的出口管道。

4.根據權利要求1所述的氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法，其特征在于：所述步驟四基本控制方程包括連續性方程和動量方程，連續性方程為公式(1)：

動量方程為公式(2)：

上述公式中下標k＝l或g表示液相或者氣相；ρ_k為密度；α_k為體積分數；p為壓強；V_k為速度；M_k為單位體積的界面力；f_k為質量力；τ是關于流體粘度和湍動粘度的粘性應力張量，τ的分量形式為公式(3)：

式中i,j＝1,2,3表示葉輪旋轉相對坐標系的三個方向；μ_k為動力粘度；S_ij為應力張量；表示由于湍流運動而引起的湍流雷諾應力。

5.根據權利要求4所述的氣液混輸泵內氣泡尺寸的數值預測方法，其特征在于：所述步驟四湍流模型為基于k-ω的剪切應力輸運模型方程，如公式(4)和(5)：

上述公式中k是湍動能、ω是湍流耗散的比率以及模型常數β'＝0009、α₁＝5/9、β＝00075、σ_k＝2、σ_ω＝2；

對于湍動能μ_t的計算表達式為公式(6)：

式中S為應變率的不變測度，混合函數F₂的計算表達式為公式(7)：

式中ν為運動粘度。