[發(fā)明專利]基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011245971.4 | 申請日： | 2020-11-10 |
| 公開（公告）號： | CN112412829A | 公開（公告）日： | 2021-02-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 林培鋒;李永正;朱祖超 | 申請（專利權(quán)）人： | 浙江理工大學(xué) |
| 主分類號： | F04D15/00 | 分類號： | F04D15/00 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200 | 代理人： | 林超 |
| 地址： | 310018 浙江省杭*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 物質(zhì) 平均 模擬 離心泵 水力 性能 測量方法 | ||
1.一種基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法，其特征在于：方法包括以下步驟：
(1)建立三項(xiàng)亞格子應(yīng)力模型；
(2)利用三項(xiàng)亞格子應(yīng)力模型，通過數(shù)值模擬得出離心泵內(nèi)流場全流量工況下預(yù)測的性能參數(shù)；
(3)根據(jù)預(yù)測的性能參數(shù)處理獲得離心泵的揚(yáng)程和水力效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法，其特征在于：所述的步驟(1)包括：
(1.1)建立xyz笛卡爾三維坐標(biāo)系，在Smagorinsky模型模型的基礎(chǔ)上加入螺旋度修正項(xiàng)與速度梯度非線性項(xiàng)，從而建立獲得帶有螺旋度與速度影響的三項(xiàng)亞格子應(yīng)力模型，形式如下：
其中，tij為i方向和j方向之間的亞格子應(yīng)力張量；C1為模式系數(shù)，Δ為濾波長度，為離心泵內(nèi)部流體的應(yīng)變大小張量，為離心泵內(nèi)部流體在i方向和j方向之間的變形率張量，為離心泵內(nèi)部流體在m方向和n方向之間的變形率張量，m≠i，n≠j；β表示模型系數(shù)，為離心泵內(nèi)部流體的對稱渦量梯度張量，為離心泵內(nèi)部流體的對稱渦量梯度張量，表示渦量沿流體質(zhì)點(diǎn)軌跡的增長率與擬渦能的分子粘性耗散，C2表示速度梯度系數(shù)，表示i方向的濾波速度，xk表示k方向的微分求解；
上式中，模式系數(shù)C1采用動態(tài)亞格子模式處理獲得，動態(tài)亞格子模式處理獲得模式系數(shù)C1的過程中，具體采用以下公式表示的平均方法處理獲得模式系數(shù)取為：
其中，ILM和IMM分別表示第一流體質(zhì)點(diǎn)時(shí)間平均參數(shù)和第二流體質(zhì)點(diǎn)時(shí)間平均參數(shù)；
質(zhì)點(diǎn)軌跡上流體質(zhì)點(diǎn)時(shí)間平均參數(shù)的ILM和IMM計(jì)算如下：
式中，Lij表示i方向和j方向之間的里昂納特應(yīng)力，由可解尺度間的相互作用產(chǎn)生，Mij是i方向和j方向之間的應(yīng)變率張量系數(shù)，W(t-t')是加權(quán)平均函數(shù)；t和t'表示任意兩個(gè)不同的時(shí)刻，z(t')表示流體質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)函數(shù)；
對濾波長度Δ按照不同方向的各項(xiàng)異性濾波長度進(jìn)行修正，將渦量ω加入處理獲得濾波長度Δ：
其中，N是單位矢量，ω表示離心泵內(nèi)部流體流動的渦量，Nx,Ny,Nz分別表示單位渦量的方向矢量的各個(gè)分量；Δx,Δy,Δz分別為實(shí)際流動的大渦數(shù)值模擬計(jì)算中x方向、y方向和z方向上的網(wǎng)格長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法，其特征在于：所述的步驟(2)包括：
設(shè)定多個(gè)工況，在不同的多個(gè)工況對離心泵進(jìn)行大渦模擬，利用步驟(1)中的三項(xiàng)亞格子應(yīng)力模型進(jìn)行處理獲得預(yù)測的性能參數(shù)；
大渦模擬中采用六面體網(wǎng)格劃分離心泵內(nèi)部流體區(qū)域，采用較小的壁面網(wǎng)格，空間離散采用有限體積法，對流項(xiàng)采用三階QUICK格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用二階精度的中心差分格式，時(shí)間離散采用三階Runge-Kutta格式，壓力速度耦合采用預(yù)估修正的SIMPLEC算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法，其特征在于：所述的較小的壁面網(wǎng)格是控制壁面網(wǎng)格的尺寸大小y+10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物質(zhì)平均大渦模擬的離心泵水力性能測量方法，其特征在于：所述的步驟(3)包括：
按照以下計(jì)算公式獲得離心泵揚(yáng)程和水力效率：
其中，H為揚(yáng)程，DZ為離心泵進(jìn)出口高度差，r取水的密度；g表示重力加速度，pout、pin分別表示步驟(2)獲得的離心泵出口壓力和進(jìn)口壓力；
其中，η為水力效率；M為葉片工作面、背面和前后蓋板內(nèi)、外表面的力矩之和；ω代表離心泵葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，Q為對應(yīng)的離心泵流量，H為上式獲得的揚(yáng)程。
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