[發明專利]一種預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法

在審

• 申請號: 202211644105.1
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115906515A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 耿琳琳;張睿杰;田中杰;方海淵;張德勝;蔣文軍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學流體機械溫嶺研究院;江蘇大學;亞太泵閥有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06T17/00;G06F30/23;G06T17/20
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1.一種預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

對軸流泵三維幾何造型；

將軸流泵各部件的三維幾何造型進行結構網格劃分，并在靠近葉片壁面及葉頂區域進行網格加密；

將劃分好的網格導入計算軟件中，并進行模型選擇和計算設置；

在完成模型選擇和計算設置后，進行軸流泵空化計算和空蝕計算模型植入；

對計算結果分析，獲取軸流泵葉片空蝕強度分布與空蝕區域標記。

2.根據權利要求1所述的預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于，對軸流泵三維幾何造型包括：根據軸流泵葉輪和導葉設計圖紙進行三維幾何造型及水體劃分，同時對泵葉輪進口和導葉出口做延長處理。

3.根據權利要求1所述的預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于，將劃分好的網格導入計算軟件中，并進行模型選擇和計算設置包括：將劃分好的網格導入到計算軟件中，對整個計算域進行數值設置；數值設置包括材料屬性的定義，多相流模型與湍流模型的選擇，邊界條件的設置，動靜轉子交界面的設置，離散求解格式的控制。

4.根據權利要求1所述的預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于，軸流泵空化計算包括：

在數值計算中，為數值模擬空化這一氣液兩相傳質現象，采用求解氣相輸運方程，并通過空化模型來定義輸運方程源項的方法，輸運方程如下：

其中，下標v表示氣相，α_v表氣相體積分數；ρ_v表示氣相密度，u為速度矢量，為由空化模型所定義的源項即氣液間質量傳輸速率。

5.根據權利要求4所述的預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于，軸流泵空化計算算法為均相流算法，空化計算采用輸運模型來考慮氣液相間質量傳輸速率。

6.根據權利要求4所述的預測軸流泵葉片易空蝕區域的數值模擬方法，其特征在于，空蝕計算模型植入包括：

插入以下空蝕數值模型計算算法，

流場中每個空泡所在網格單元所含的空泡能量密度可通過下式計算，

其中，為氣相體積分數的質點倒數，其可通過公式一推導為如下計算：

進而，結合公式二和公式三可得流場中的空蝕能量密度：

根據公式四得流場中每一個網格點上的空蝕能量該能量將以一個球形波的形式進行輻射，且輻射的過程中能量的衰減與輻射距離成反比；基于以上理論，構建出能量輻射與衰減模型；假設在流場網格x_i中的能量為該網格的能量輻射至壁面網格x_j時，壁面x_j所承受的來自網格x_i的能量為：

根據公式五則壁面網格x_j承受的來自所有流場網格的累加能量為：

根據公式六得出壁面每個網格上所承受的來自于全流場區域的空蝕能量，進而顯示出壁面區域的空蝕能量分布。