旋流器中较强旋液体流动的数值计算.PDFVIP

　 辑第 14 卷第 3 期　　　　　 水 动 力 学 研 究 与 进 展 　　　 . , . 14, . 3 A Ser A V o l N o 　　1999 年 9 月　　　　　　　JOU RNAL O F H YDROD YNAM ICS　　　　　Sep. , 1999 旋流器中较强旋液体流动的 数值计算 李建明 ( 四川大学化工机械系, 成都 610065) 戴光清　　吴持恭 ( 四川大学高速水力学国家重点实验室, 成都 610065) 陈文梅 ( 四川大学化工机械系, 成都 610065) 　　摘　要　本文针对水力旋流器中存在着较强旋流, 从而引起各向异性湍流流动的特点, 以强 旋流场的代数应力模型为基础, 得出可模拟水力旋流器中液相湍流流动的各向异性的 k 模型, 成 功地计算出其流场中的速度分布, 计算结果同用L D A 所测得的结果比较一致。 关键词　数学模型, 湍流, 旋流器 分类号　 357. 5 O 0　引言 两相湍流理论是水力旋流器的重要分离理论之一, 其研究方法分两大类, 即修正系数法和 现象模型法。现象模型法以旋流器中的流场计算为基础, 近年来发展较快。文献[1 ] 曾用涡流 函数法和混合长模型对水力旋流器中的湍流作了数值模拟, 其结果与实测值比较一致, 该模型 采用的混合长得通过实验来确定。文献[ 2 ]建立了各向异性的 k 模型, 成功地计算出小水力 旋流器中的流场分布, 然而, 其雷诺应力的代数表达式比较复杂, 计算量也较大。k 模型与代 数应力模型相比, 计算工作量较小, 收敛速度较快, 但由于属于各向同性模型, 对于内部存在较 强旋流的水力旋流器而言, 其模拟的精度较差。本文的目的就在于试图对各向同性的 k 模型 进行改进, 提出一种模型, 既考虑了水力旋流器中较强旋流造成的各向异性湍流的影响, 同代 数应力模型相比又减少了计算工作量。 1　数值模拟 除进口段外, 水力旋流器中的大部分区域的流场是轴对称的, 因此, 为了使计算模型简化, ( ) 本文于 1997 年 2 月 17 日收到。本研究课题为国家自然科学基金赞助项目 编号 。 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 李建明等: 旋流器中较强旋液体流动的数值计算 279 可假定水力旋流器中的流场为轴对称的, 这样就可以用三维轴对称计算模型来描述其中的流 动。如图 1 所示, 分别以x , r 和 为轴向, 径向和切向坐标, 以u , v 和w 分别表示轴向, 径向和 切向速度, 忽略重力影响, 则可得到三维圆柱坐标系的标准 k 模型。 图 1　旋流器的计算坐标 标准 k 模型 是各向同性的, 对水力旋流器中液相流动的模拟存在着不足。实际上, 文献 [3 ] 通过L D A 实测表明, 水力旋流器中的湍流流动是各向异性的, 三维脉动速率中, 轴向速 度的脉动量最为剧烈, 径向速度的和切向速度的几乎一样, 都比较弱, 用标准的 k 模型较难 准确反映其中的流动情况, 而用代数应力模型可以解决这个问题。若采用 Rodi 第二近似, 雷 诺方程中的二阶关联项可表示为: