论水力旋流器流场数值模拟中湍流模型的选择.pdf

维普资讯 第27卷第3期 天 然 气 工 业 论水力旋流器流场数值模拟 中湍流模型的选择* 梁 政 吴世辉 任连城 (西南石油大学机 电工程学院) 梁政等．论水力旋流器流场数值模拟 中湍流模型的选择．天然气工业 ，2007，27(3)：119-121． 摘 要 在水力旋流器数值模拟研究的过程 中，湍流模型的选择非常重要。对 同一水力旋流器在相 同参数条 件下分别选择不同湍流模型进行 了模拟，并将模拟结果与实验结果进行 了对 比。由于 RSM 模型(TheReynolds StressMode1)尽可能多地考虑 了影响雷诺应力的因素，特别适合于模拟高速旋转流体 ，只要处理合理，模拟结果与 实验测试结果的误差一般不超过 1O ；而 K一 ￡模型的模拟结果与实验测试结果相差太大，不适用于水力旋流器 流场模拟 。因此 ，在设计研究各种类型的水力旋流器时，首先推荐采用 RSM 模型模拟水力旋流器流场，根据工程 目标 ，对水力旋流器结构进行优化设计 ，减少物理模型的实验 ，缩短研发周期，降低研发成本。 主题词 旋流分离器 数值模拟 数学模型 选择 由于水力旋流器在各行各业应用越来越广泛， 不争的事实。由于湍流的复杂性，迄今为止人们还 对水力旋流器的研究也越来越深入 。随着计算机技 没有完全弄清其产生的机理。关于湍流 的描述还是 术和数值计算方法 的发展 ，越来越多 的研究者开始 建立在 RANS(Reynolds—averagedNavier—Stokes) 用数值模拟方法来研究水力旋流器 的内部流场 。在 方程之上 。对于不可压缩流体 (p为常数)，RANS方 对水力旋流器进行数值模拟研究中，关键 的一个步 程可以写成 ： 骤是如何合理地建立模型，包括几何模型和数学模 — —3 HH，，一一 0 ((i1) 型 。笔者在对水力旋流器流场可视化研究中查阅了 x i 大量文献，发现有相 当部分文献都提到在对水力旋 l0矗+l0去 )=一差+ 流器数值模拟 中选用标准 的或改进 的 —e湍流模 (2) 型 (RNG —e模型)。同时 ，在长期 的对 比研究 中 去(【+十差一一号如差)厂一击cP0l 还发现 ：对于 同一个模拟对象，在 同样边界条件下， 式 中：H 为速度矢量 ，H一U+U ，这里 U 为平均速 选择不 同的湍流模型，可能会得出完全不 同的模拟 结果 ，而 —e湍流模型模拟出来 的结果与水力旋流 度分量 ，U 为速度波动分量 (i一1，2，3)；p““，为平 器实际流场相差甚远。从文献 [1、2]的模拟结果可 均雷诺应力 ；为流体动力黏度 ；l0为流体密度 。 以看出，切线速度 的模拟结果与组合涡流场 的模拟 为了使 RANS方程封 闭，p““，需用其他方程 结果存在较大差距 ，有的结论[3]甚至可以说是错误 来表达 。许多学者根据不同情况提出了各种不同的 的。为了提高水力旋流器数值模拟的准确性和可靠 模型，K一 ￡模 型和 RSM 模 型 (TheReynldsStress 性 ，现将同一水力旋流器在相同操作参数下，采用 Mode1)就是其 中的两种 。研究表 明[5铷，