数值模拟在离心风机中的应用

　　数值模拟在离心风机中的应用陆蓓蕾，陈瑞球天津商学院，天津300400术湍流模型计算方法等方面进行了较为详细的介绍和评价，并讨论了今后的发展趋势。

　　1引言离心风机属于叶轮机械的种，广泛应用于能源环境航空等各个领域，是工农业生产中主要耗能设备之。它的研究方法有试验测量和数值模拟。试验测量不仅设备昂贵，运行费用高，且使用场合容易受到限制。而数值模拟简单易行，成本和运行费用低，且有定的准确性，其优势明显。随着计算机与计算技术的不断进步，新的数值处理方法不断问世，原有的方法得到了进步充实与完善，数值模拟已从定性分析发展到定量的计算应用流场模拟等。通过对离心风机的数值模拟可以预知其性能另外数值模拟与人0相结合，在风机设计和绘型方面有着很大的贡献，预计在未来的3中它将成为3结语由于多数采掘设备零部件都通过专用加工机床本行业研究的重要手段。

　　离心风机内部流动非常复杂，是有粘性非定常流尾迹等。还经常不可避免地出现次流动，这些次流动以各种涡系形式存在。离心风机在受限空间内具有强旋强维效应强非线性的非定常流动。这些流动现象无论是对离心风机的气动性能还是安全性，都有很大的影响。因此认识离心风机内部真实流动的本质，搞清这些流动现象发生和发展规律对于缩短离心风机设计周期，降低设计风险，改善气动性能及探索风机气动设计的新方法都具有重要意义。

　　2离心风机数值模拟对于离心风机流动计算，早在20世纪40年代加工成形，在设备修理中，般修理厂修复较困难。

　　因此在确保正常使用的前提下，根据不同部件及现有加工机床的特点，积极采取措施，制定相应的合理有效的修理方案对损坏零部件进行修复，从而延长设备零部件的使用寿命，节约了成本，为企业和社会创造出更大的经济效益。

　　海电机技术高等专科学校，直从事综采设备的制造与维修己发末即开始了。初人们采用数值计算来预测离心风机内的流动。而对风机内部复杂维流动的数值模拟是始于吴仲华教授提出的31私2相对流面准元解法的理论之后。由于其物理概念清晰，计算速度快，计算机容量要求低因此特别适合于设计和工程计算数值模拟在离心式风机内部的研允和应用，经历了从维到维再到全维粘流，从无粘流动维有旋流到粘性非定常全维流魂从单流道模拟假设对称分别模拟忽略各部件之间的相互作用到整机模拟，为人们认识和掌握离心风机内部真实流动的本质，搞清这些流动现象的发生和发展规，缩短离心风机设计周期降低设计风险改善气动设计的新方法都有於及其屯要的总义。

　　2.1控制方程由于计算机速度和容量的限制，求解维湍流方程的直接模拟和大涡模拟在离心风机中暂无法实现。目前般采用的方法公对方程进+同程度的简化来求解。由此产生了不同的控制方程。

　　1欧拉方程这种方法不考虑流体的粘性，能得出流场的维效和旋转效应，对于大雷诺，尤边界分离，低负荷等较理想的情况是有效的。

　　主流的粘性导数项和回流。动量和质量的扩散及下游对上游流动的影响，可自动模拟边界层内外流动的相互干扰，适合低比转数的离心风机，边界层近似方程在大雷诺数的情况，对边界层外作无粘处理，只考虑边界层内的粘性作用。其解法要有枳分法和限范分法该杓能有效地反映叶轮的旋转曲率和压强梯役的效应。汴能预测叶轮前缘和缘的分离，雷诺时均方程将非稳态的5方程时均化而得到的，由于该方程的不封闭性，必须建立湍流模型联立求解。

　　22湍流颊型目前对于离心风机还没有普遍适用的湍流模型，常用的有以下几种，零方程模型它是根据1胃加在1925年提出的混合长度假说而得出的，由代数关系式把湍流粘性系数联系起来。其直观简取仅能用于射流管流等简单流动。对于有回流分离旋转等复杂流动误差很大。，方程模型考虑了湍流动能的对流与扩散，但由于难以事先给出湍流脉动尺度而限制了它的应用。，方程它是在湍动能基础上直接用偏微分方程求解湍流动问。复杂性适度也不失其普便性，应用为广泛。但对各向异性湍流不适用，如强旋流浮力流能准确地考虑各向异性的效应，但计算量大且复杂，各应力分试的边界条件事先难以给定，用此其模拟精度并不比尤方程高，故难以推广。，代数应力模型它既保留了湍流各向异性的特征，计算量又比雷诺应力模型简单，现今己有不少算例采用该模型计算并得到较为满意的结果。

　　2.3离散方法离散的方法很多，主要有有限差分法有限体积法有限元法有限解析法面元法特征线法积分关系式法格子法等其中有限差分法应用早。该方法是用打限差分来直接近似控制方程中的导数项。13其截断误差来评定精度近年来差分方程本身也取得了很大的进展。如在复杂边界上的网格处理，计算效率的提高，精度的改进，间断面的捕捉等都打了长足的进步现今应用为普遍的足有限容积法，它既有牢固的数学基础，又有明确的物理背乱巨实施过程简便。数值特点优良，限解析法是由陈景仁于1981年提出的。它是基于局部解析解来离散控制方程，对于解对流扩散型方程具有较好作量大。该离散方法具有迎风格式有希望与奇异摄动法相配合解决高雷诺数问。有限元法是基于泛函风析理论之上的种离散方法，它大优点是3寸不规则区域的良好适应性，但求解方程时需要大量内存。在离心式风机中主要的方法是以上4种，其他些特殊方法如格子法等太多地强调数学味道或者还没有达到实用的目地。

　　2.4网格生成对于应州厂1祝上的湍流数值模拟，由尸物体结构网格与非结构网格。在工程实际中常常把2种网格结合使用，如多块网格和分区网格。多块网格中的每块网格是结构网格，而块与块拼接可以是非结构的。其优点是成熟，效率尚，特别适用于粘性流体可以处理复杂的几何外形，降低内存要求，方便区域分裂并行计算5但生成较困难。目前网格生成的方法很多，朴微分方柙法指数插值法代数法区域扩充法角化方法和前沿推进法等。其中由尸指数插值法能较好地控制格疏密，对夂杂适应性好而在离心风机应用较多。

　　2.5计庠方法离心风机的数值模拟计算方法很多。其具有代法近似因子分解法处法流线曲率法分块隐式法等。其中压力修正法目前应用广泛，其基本思曲魏界层低雷诺数流动等。雷诺应力愚想，拟定预估压力场，求出相应速，继而离心泵的调节方式及其能耗分析祁永林淮南矿业集团张集煤矿，安徽淮南232000泵改变转速调节和泵的串并联调节，用特性曲线分析了出口阀门调节和泵变转速调节2种方式耗。但在实际应用时应该注意变速调节的范围。才能更好地应用离心泵变速调节中号，442文献标识码1 1引言离心水泵在煤矿生产建设中广泛使用，它具有适用范围广包括流量扬程及对输送介质性质的适应性体积小结构简单操作容易操作费用低等诸多优点。通常，所选离心泵的流量扬程可能会和求出压力场的修正值，再以此改进速度值，后同改进后的速度场求解动量离散方程系数。并用修正后了利用连续方程解压力场的困难，在收敛特性和计兑速度上有很大的优势，其离故方式常用有限容积法和有限差分法。所采用的格式主要有迎风格式指数格式；昆合格式队，格式等，其中，格用。压力修正法在实际应用中得到不同的改进，进而有了晷1只5，比等，拟压缩法是，1于1967年提出的，对于不可压缩流体在连续性方程加入压强对时间的异数项，其中包括拟压缩系数。般迎过选择适当的拟乐缩系数来加快收敛，近似因子分解法足如于986丰提的，他将动量方人为±也分解为2部分即旋度由部分和故度自山部分。先求辅助流场。使其有确的旋。

　　山修正辅助流场，使儿含有正确的，投，它在计算法定的灵活性流线曲率法对低违叶轮效果良好，可在工程上采用。若加上适当的损失模型或边界层计算时考虑粘性影响，其效采会更好分块隐式法山于需要大董的算机内存1效率低而影管路中要求的不致，或由于生产任务工艺要求发生化，此时都要求对泵进行流量调节，其实质是改变离心泵的工况点。离心泵的工况点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何个的特性曲线都可以达到调节流量的目的。

　　响广它的应用，3结语综合以上所述，离心风机数值模拟在以下几个方面还有待进步研究1选取适当的湍流模型来提，计算精度；2由于离心风机内部边界复杂，能方便地生成计算网格以及在计算中便于修改将有待尹进步研究；3探索更有效的算法来提高精度和速度，以降低计算时间和费用。

　　游斌谢军龙。等。多翼离心风机的维数值分析4.工程热物理，良之⑴玉戈上心斗扮斗及。

　　李新宏，何慧伟，宫武腺等。离心通风机定常流动数值模拟。

　　罗晟蔡兆麟，等。离心压缩机叶轮内维粘性流动的数值计算王晓峰，席光，等。两种典型离心压缩机叶轮内部流动的计算方法与分析。风机技术，200061821.

　　交大流体力学专业，现主要从事教学与科研工作。1吐022收稿日期200719