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在OPENFOAM基礎(chǔ)上研究雙葉片泵內(nèi)部流動(dòng)
劉侯林,任正非 王凱,吳鄧浩 魏敏,譚敏高
流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心、江蘇大學(xué)、鎮(zhèn)江212013、中國(guó)、
電子郵件:liuhoulin@ujs.edu.cn
(2011年9月24日收到修改后的1月9日,2012)
文摘:離心泵的內(nèi)部流動(dòng)分析逐漸成為液壓設(shè)計(jì)和一個(gè)重要的問(wèn)題提高性能。如今,CFD仿真工具箱泵的內(nèi)部流動(dòng)主要包含商業(yè)工具和開(kāi)放源工具。有一些缺陷為商業(yè)CFD軟件內(nèi)部三維湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬泵,尤其是在捕獲偏離設(shè)計(jì)的操作條件下的流動(dòng)特性。此外,很難研究人員做進(jìn)一步的調(diào)查,因?yàn)槲瓷陥?bào)的來(lái)源。因此,一個(gè)開(kāi)源軟件喜歡空曠的田野操作和操作(OpenFOAM)與研究人員來(lái)自世界各地越來(lái)越受歡迎。在本文中,一個(gè)新的計(jì)算研究是實(shí)現(xiàn)基于最初的解決者和被用來(lái)直接模擬穩(wěn)態(tài)內(nèi)流的雙葉片泵,以特定的速度是111。為了披露特點(diǎn),三個(gè)研究計(jì)劃進(jìn)行的。比率(Q / Qd)的流量是0.8,1.0和1.2,分別。仿真結(jié)果驗(yàn)證了粒子成像測(cè)速技術(shù)(PIV)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。與此同時(shí),非設(shè)計(jì)工況下的流動(dòng)分離現(xiàn)象被OpenFOAM操作條件好。的結(jié)果表明,OpenFOAM具有明顯優(yōu)勢(shì)強(qiáng)勁計(jì)算泵的內(nèi)部流場(chǎng)。分析結(jié)果也可以作為進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)和改善離心泵。
關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬、雙葉片泵內(nèi)部流動(dòng),粒子成像測(cè)速技術(shù)(PIV)
介紹
雙葉片泵是一種離心兩個(gè)葉片泵。有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的曲線從進(jìn)口到出口和葉輪通道葉輪出口很寬。因此,它通常成為葉輪在固液兩相的形狀離心泵。然而,由于短發(fā)展歷史和不完美的設(shè)計(jì)理論,其葉輪常常相結(jié)合的設(shè)計(jì)在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師到目前為止,所以它的性能和穩(wěn)定性不保證[1 - 3]。確定泵的性能決定的*項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持杰出的年輕學(xué)者(批準(zhǔn)號(hào)50825902),中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)。51079062、51079062、51079062)和自然科學(xué)江蘇省基礎(chǔ)(批準(zhǔn)號(hào)。BK2009006,BK2010346)。
傳記:劉Hou-lin(1971 -),男,博士。教授檢查其內(nèi)部流動(dòng)特性無(wú)疑最好的方法來(lái)提高性能的泵[4 - 6]。最近,與CFD的快速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù),模擬內(nèi)部流已逐漸成為重要的基礎(chǔ)優(yōu)化和設(shè)計(jì)渦輪機(jī)械[7]。
現(xiàn)在,流體機(jī)械CFD仿真工具箱主要包含商業(yè)和開(kāi)源工具工具。多年來(lái),商業(yè)軟件包是世界上時(shí)尚以其豐富的功能和方便使用的質(zhì)量。另一方面,CFD軟件,商業(yè)工具不是很專(zhuān)業(yè),泵的計(jì)算結(jié)果更少不是令人滿意的,尤其是在捕捉流特征在偏離設(shè)計(jì)的操作條件。此外,其未申報(bào)帶來(lái)相當(dāng)大的來(lái)源應(yīng)用數(shù)值的不便模擬流體機(jī)械。盡管代碼可以通過(guò)用戶定義函數(shù)被添加到實(shí)現(xiàn),它有一個(gè)強(qiáng)大的限制。例如,當(dāng)一個(gè)簡(jiǎn)單的算法和two-equation湍流模型需要改進(jìn),需要有一個(gè)通過(guò)對(duì)控制方程的理解,離散化方法、湍流模型和迭代算法。然而,核心算法代碼和數(shù)據(jù)處理方法無(wú)法獲得的商業(yè)化,只有幾個(gè)選項(xiàng)選擇。因此,許多開(kāi)放源碼CFD軟件正在流行和高質(zhì)量開(kāi)放源碼嗎CFD仿真平臺(tái)的開(kāi)放領(lǐng)域操作和操作(OpenFOAM)是突出由于其強(qiáng)大的功能,清晰的架構(gòu),擴(kuò)大功能,統(tǒng)一格式。
? ?OpenFOAM CFD工具箱被釋放一個(gè)開(kāi)源的2004年12月10日,這是基于c++程序,包含許多c++模塊可以自由結(jié)合一些其他模塊等張量、向量、湍流模型、數(shù)值算法,判斷模塊,自動(dòng)控制模塊等等。因此,它方便使用解決在化學(xué)模擬復(fù)雜的物理模型反應(yīng),湍流流動(dòng)和熱傳導(dǎo),等。
? ? ? 各種各樣的工作在流體內(nèi)部流動(dòng)通過(guò)OpenFOAM機(jī)械。尼爾森[11]的穩(wěn)定和不穩(wěn)定計(jì)算流Hǒllerforsen水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和通風(fēng)管,OpenFOAM和比較的結(jié)果與那些由CFX-5和實(shí)驗(yàn)。最終,的適用性和可靠性O(shè)penFOAM卡普蘭水輪機(jī)流道和通風(fēng)管被驗(yàn)證。珀蒂et al。[12]驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)通用的網(wǎng)格界面(GGI)使用冷凍OpenFOAM轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的方法和不穩(wěn)定滑動(dòng)網(wǎng)格方法。然而,所有的模擬進(jìn)行了簡(jiǎn)化離心泵的二維模型李[13]模擬由OpenFOAM邊界層風(fēng)洞中,透露,這是適合使用OpenFOAM進(jìn)行計(jì)算風(fēng)工程(CWE)研究。目前,有關(guān)工作不多泵的內(nèi)部流動(dòng)的研究比較OpenFOAM之間的仿真和實(shí)驗(yàn),和相關(guān)報(bào)道很少。
作為一個(gè)開(kāi)放源代碼,OpenFOAM提供直接訪問(wèn)模型和求解實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。然而,有一些缺陷OpenFOAM三維紊流數(shù)值模擬的內(nèi)部流動(dòng)水輪機(jī)把風(fēng)能量流。CFD模擬的水輪機(jī)把風(fēng)能量流,獨(dú)立的三維網(wǎng)狀通道或全幾何通常連接在一起為了模擬水流通過(guò)繼承復(fù)雜的幾何圖形像泵的地方固定吸和蝸殼以及旋轉(zhuǎn)的葉輪。符所有的要求保形吻合匹配接口通常是非常困難或?qū)е聨缀瓮讌f(xié)會(huì)影響數(shù)值仿真結(jié)果的質(zhì)量。因此,需要治療靜的接口,這是必要的模擬整個(gè)水輪機(jī)把風(fēng)能量流的內(nèi)部流動(dòng)。雖然OpenFOAM功能已經(jīng)存在,沒(méi)有定義的目錄。有還需要一組邊界條件很容易捕捉基本特征類(lèi)似因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)一些其他CFD解決方案。此外,放松因素控制低松弛,對(duì)改善有重要影響穩(wěn)定的計(jì)算。然而,沒(méi)有任何指導(dǎo)對(duì)這些因素的原則。因此,論文著重于離心泵與考慮這些因素。的數(shù)值模擬通過(guò)使用實(shí)現(xiàn)OpenFOAM和泵計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了粒子成像測(cè)速儀(PIV)實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)研究還為實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算提供了基礎(chǔ)泵內(nèi)部流動(dòng)通過(guò)改善的準(zhǔn)確性CFD方法與自編譯程序OpenFOAM。
在本文中,為了計(jì)算的交互旋轉(zhuǎn)和固定組件之間泵、多參考幀(MRF)解算器使用。同時(shí),仿真結(jié)果也采用PIV測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。操作系統(tǒng)使用SUSE Linux 10.3,使用的版本號(hào)目前計(jì)算OpenFOAM 1.5 。
1。數(shù)值方法和模型
1.1控制方程
OpenFOAM工具箱已經(jīng)提供了解算器MRFSimpleFoam呼吁解決穩(wěn)態(tài)Reynolds-Averaged n - s方程出發(fā)e-湍流模型,如標(biāo)準(zhǔn)k模型。速度和壓力之間的耦合使用簡(jiǎn)單的方法治療[14]的MRFSimpleFoam解算器采用有限體積技術(shù)的n - s方程離散化旋轉(zhuǎn)參考系:
?
UR是旋轉(zhuǎn)架速度、r位置向量,p液體運(yùn)動(dòng)粘度。n流體密度,r壓力,
1.2一般網(wǎng)格界面(GGI)
? 由于定子和轉(zhuǎn)子之間的交互,如何應(yīng)對(duì)電網(wǎng)和信息傳輸
耦合部分的計(jì)算域是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題精確地模擬字段(15 - 17日)。凍結(jié)轉(zhuǎn)子的方法MRFSimpleFOAM解算器是一個(gè)穩(wěn)態(tài)配方轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置在哪里固定的。在同一時(shí)間內(nèi),轉(zhuǎn)子和定子部分分別將網(wǎng)狀。對(duì)于非平渦輪機(jī)械y模擬的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)網(wǎng)部分必然會(huì)產(chǎn)生非保形l接口固定和移動(dòng)之間的部分。一個(gè)這些網(wǎng)格是必要的為了之間的連接簡(jiǎn)化網(wǎng)格各渦輪機(jī)械復(fù)雜性模擬,從而減少計(jì)算機(jī)時(shí)間成本。Beaudoin GGI,由和Jasak[18]在OpenFOAM可用于這一目的。這是一個(gè)新的OpenFOAM耦合界面,加入多個(gè)非保形地區(qū)補(bǔ)丁節(jié)點(diǎn)每一方的接口不匹配。
該接口使用加權(quán)插值來(lái)評(píng)估和傳輸流值在一雙正形或non-conformal耦合的補(bǔ)丁?；綠GI界面是類(lèi)似于一個(gè)“靜態(tài)”的滑動(dòng)界面的優(yōu)勢(shì),不需要再?lài)Ш舷噜徏?xì)胞的接口。
GGI使用Sutherland-Hodgman算法(12)計(jì)算主和影子面臨十字路口區(qū)域。拒絕些快速算法在一個(gè)軸對(duì)齊邊界框已經(jīng)實(shí)現(xiàn)加快尋找潛在的鄰居。然后,為了迅速處理最后一個(gè)不重疊的過(guò)濾測(cè)試中,一個(gè)有效的德國(guó)霍曼-Agathos點(diǎn)包容算法[19]已經(jīng)包括在內(nèi)到分離軸定理算法[18]。最后,考慮離散化的影響以適當(dāng)?shù)姆绞揭?guī)模GGI加權(quán)因素處理可能出現(xiàn)的非重疊的臉保守,因此保持GGI接口。
1.3邊界和初始條件
偏微分方程(PDE)解決了有限體積方法,合適的插值方案的值通常從細(xì)胞.
中心面對(duì)中心對(duì)數(shù)值有很大的影響結(jié)果,特別是對(duì)對(duì)流項(xiàng)。的對(duì)流現(xiàn)有方案的解決者被指定為違約線性差分有限,這是一個(gè)總遞減變化(TVD)計(jì)劃。盡管它提供了一個(gè)二階精確離散化方案無(wú)條件的對(duì)流,它創(chuàng)建一個(gè)不穩(wěn)定實(shí)踐[20]。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定,fist-order準(zhǔn)確逆風(fēng)差分引入了方案和仿真結(jié)果表明TVD方案會(huì)更容易比迭代發(fā)散和計(jì)算失敗在模擬泵逆風(fēng)差分方案內(nèi)部流動(dòng)。因此,TVD方案不適用OpenFOAM模擬泵內(nèi)部流動(dòng)。摘要、高斯頭方案和使用在數(shù)值測(cè)試中可以得到令人滿意的結(jié)果
除了適當(dāng)?shù)碾x散化方案,中亞松馳是另一個(gè)重要的技術(shù)為提高穩(wěn)定性的
為算,特別是在解決穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。中亞松馳作品通過(guò)限制數(shù)量,其中一個(gè)變量改變從一個(gè)迭代到另一個(gè),要么通過(guò)限制解決矩陣和源之前解決一個(gè)字段或直接通過(guò)修改字段。一個(gè)低松弛1指定數(shù)量￡a<,0a因素的中亞松馳,從根本沒(méi)有0。?a= 1在強(qiáng)度和增加a因此,選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)乃沙谝蜃雍艽蟮挠绊懹?jì)算的效率。如果松弛因子太大,它會(huì)導(dǎo)致分歧很容易計(jì)算。如果太小,結(jié)果將收斂緩慢。此外,適當(dāng)?shù)姆潘梢蛩厝Q于特定問(wèn)題本身。因此,沒(méi)有對(duì)松弛因子的模擬指令泵內(nèi)部流動(dòng)。與此同時(shí),如果放松OpenFOAM默認(rèn)情況下使用的因素檢查泵內(nèi)流,結(jié)果將是不穩(wěn)定的。摘要放松因素是合適的為模擬根據(jù)泵內(nèi)流[20]。aa+ = 1 u p最后,放松的因素經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和中亞松馳決定的(即因素相關(guān)的變量。、壓力、動(dòng)力、湍流動(dòng)能和湍流耗散率)是0.3,0.7,0.3和0.3。
模擬流場(chǎng)和整個(gè)泵,GGI方法需要傳輸轉(zhuǎn)子和定子之間的信息。
1.4模型
雙刀泵的3 d模型模擬是由Pro / E。吸入腔是由semi-spiral設(shè)計(jì)方法,在蝸殼由平等的速度矩法和設(shè)計(jì)橫截面是矩形,類(lèi)型線對(duì)數(shù)螺旋。雙層的設(shè)計(jì)參數(shù)葉片泵如表1所示。
這里n是的計(jì)算公式:
在仿真之前,研究網(wǎng)格獨(dú)立性并選擇湍流模型是必要的(21、22)?；旌暇W(wǎng)格的幾何是網(wǎng)狀策略和OpenFOAM用于模擬雙刀泵內(nèi)部流動(dòng)。研究的數(shù)據(jù)網(wǎng)格獨(dú)立性如表2所示。如果頭的區(qū)別是小于0.2%,網(wǎng)格數(shù)量是可以接受的。根據(jù)計(jì)算, 方案2滿足需要。所以采用方案2的網(wǎng)格。的網(wǎng)格是顯示在圖1。
表1的設(shè)計(jì)參數(shù)
參數(shù) 標(biāo)志 值
流量 Q 25.86
頭 H 2.53米
轉(zhuǎn)速 n 750
具體速度 ns 111
吸入腔入口直徑 D 0.08米
葉輪進(jìn)口直徑 D 0.09米
葉片入口直徑1 D 0.0812米
葉輪出口直徑2 D 0.2米
葉輪出口寬度2 b 0.047米
葉片進(jìn)口角1 b1 (o) 18.3
葉片出口角 b2(o) 30
蝸殼進(jìn)口寬度 b3 0.07米
表2數(shù)據(jù)為研究網(wǎng)格獨(dú)立性
網(wǎng)格數(shù)量
葉輪 螺旋 吸力 總頭 H(m)
1 618 738 220 175 300 103 1139 016 2.46034
2 577 913 179 340 255 937 1 013 190 2.45974
3 505 999 143 450 202 830 852 279 2.43180
4 378 565 151 341 99 619 629 525 2.40151
表3比較的湍流模型
湍流模型 H(m)
標(biāo)準(zhǔn)k - e 2.45974
RNG k - e 2.44706
海溫 2.42225
標(biāo)準(zhǔn)的k - ee,RNG k - ee和歐米茄SST湍流模型被用來(lái)模擬在離心泵內(nèi)部流動(dòng)。相同的網(wǎng)格,三種湍流模型之間的比較,結(jié)果如表3所示。這是發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,頭獲得的標(biāo)準(zhǔn)k - ee模型是最準(zhǔn)確的。因此,標(biāo)準(zhǔn)的k - ee動(dòng)蕩模型是用于執(zhí)行仿真。
對(duì)于測(cè)試區(qū)域,附近的葉輪流道蝸舌被選中。為了分析內(nèi)部流好,7條平面曲線是在葉輪設(shè)置上,從葉輪進(jìn)口等距葉輪出口,12點(diǎn)分布在每個(gè)曲線等距。所有的分析文章處理本文基于這些監(jiān)控點(diǎn),如圖2所示。
為了有效地披露特點(diǎn),提出了三個(gè)研究計(jì)劃。的比率(/ d Q Q)的流量分別是0.8,1.0和1.2,。
2。結(jié)果和分析
2.1相對(duì)速度分布相對(duì)速度分布在圖3?？梢钥闯?從入口到出口相同的工作條件,有一個(gè)低速區(qū)附近的入口壓力面,中間速度的方向改變,可以發(fā)現(xiàn)圖的頂視圖。這時(shí),一個(gè)回流漩渦看來(lái),一個(gè)了不起的jet-wake流模型。此外,所有點(diǎn)的速度低速度區(qū)向上隨著半徑的增加,最后jet-wake流特性變得不顯明的,就消失了。在葉輪進(jìn)口的圈子,相對(duì)的速度逐步下降,從吸力面附近的壓力面附近,然后,當(dāng)它接近壓力方面,速度再次上升,峰值壓力面。隨著半徑的增加,速度的變化在吸力面附近比附近的不太正常壓力面。然而,當(dāng)從葉輪流道,附近的速度吸力面上升逐漸隨著半徑的增加。但壓力面附近的速度總是上漲隨著半徑的增加。此外,速度壓力面附近的梯度大于吸力面附近。在出口圓上,速度逐漸從吸入端。的流葉輪通道是不對(duì)稱(chēng)的影響蝸殼。尤其是近點(diǎn)的相對(duì)速度蝸舌上升最快,峰值在補(bǔ)丁略低于蝸舌。在那之后,他們下降。簡(jiǎn)而言之,速度點(diǎn)附近的值蝸殼舌大于遠(yuǎn)離的舌頭。
圖3在葉輪流道相對(duì)速度分布及其當(dāng)?shù)仨斠?
在相同的工作條件下,邊緣通過(guò)在進(jìn)口圓上,附近的速度壓力面附近,遠(yuǎn)比吸入的一面。此外,在同一循環(huán)入口附近吸力面附近的速度大于附近方面的壓力。隨著半徑的增加,缺口在壓力面和吸力面窄和雙方的速度平等在中間通道,因此同等速度區(qū)域形成。然后,附近的速度壓力一邊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸力面附近。
圖4 在葉輪流道靜態(tài)壓力分布
在不同的工作條件下,jet-wake模型仍然在同一位置。但隨著增加流量,速度點(diǎn)的落后流渦區(qū)也會(huì)增加,而范圍減少和jet-wake的功能模型重要的越來(lái)越少。整個(gè)通道的低流量條件下,速度達(dá)到最小在入口附近的壓力面,中間在蝸舌片略低于達(dá)到頂峰。與此同時(shí),隨著流量的增加,最大的速度在整個(gè)通道減少,平等速度面積擴(kuò)大,逐步接近葉輪出口。
圖5在葉輪流道總壓分布
2.2靜壓和總壓分布
靜態(tài)壓力分布和總壓力每個(gè)點(diǎn)的分布在不同的工作條件分別在圖4和圖5所示。從圖4可以看出,在相同的工作條件下,靜態(tài)壓力,在入口附近的補(bǔ)丁壓力方面,比其他更大的波動(dòng)點(diǎn)相同的圓和更不規(guī)則。靜態(tài)壓力增加隨著半徑的增加,除了在出口循環(huán)。靜態(tài)壓力,在出口循環(huán)和蝸舌附近,體驗(yàn)周到減少和值明顯低于附近。此外,附近的靜壓值進(jìn)口上升,然后逐漸下降從壓力面到吸力面。的增加半徑,靜壓值附近的壓力一邊突然增加,導(dǎo)致靜態(tài)壓力在壓力面附近的普通不如變化,在吸力面附近?？傊?靜態(tài)壓力附近壓力面附近的比這高得多吸力面在同一半徑。
壓力面附近的靜壓高于入口附近的吸力面附近循環(huán)。葉輪的從中間開(kāi)始循環(huán)通道,吸力面附近的靜壓高于在壓力面附近?？梢钥闯鰪恼麄€(gè)葉輪的靜壓分布通道,最低的靜態(tài)壓力附近吸入葉輪入口,一個(gè)可能的原因艾迪是吸力面附近由于生成的葉輪內(nèi)的流動(dòng)是由主要的影響葉片的邊緣。附近的靜態(tài)壓力是最高的出口壓力的一面,這說(shuō)明流在葉輪的性能不僅影響到結(jié)構(gòu)葉輪,也確實(shí)由蝸殼。與流的增加,靜壓每一點(diǎn)增加然而,戲劇性的靜態(tài)壓力分布在壓力面和吸力面之間不以同樣激烈的速度上升。事實(shí)上,靜態(tài)壓力壓力面附近增加快一點(diǎn)比在吸力面附近。與此同時(shí),靜態(tài)蝸舌附近的壓力變得不顯明的和幾家點(diǎn)相同的靜態(tài)壓力出現(xiàn)在高流量條件下的中間通道。此外,該地區(qū)以同樣的靜態(tài)壓力延伸對(duì)吸力面流動(dòng)較高。
從圖5,可以看出的特點(diǎn)總壓分布是相似的靜態(tài)壓力。然而,在低流量條件下,相應(yīng)的每個(gè)循環(huán)的總壓強(qiáng)并不總是隨著半徑的增加。相反,當(dāng)圓接近葉輪出口,總壓強(qiáng)靠近中間的吸入一邊隨著半徑的增加迅速下降。此外,這個(gè)特性的點(diǎn)往往擴(kuò)大的壓力的一面。然而,功能下變得模糊高流動(dòng)狀態(tài)。從整個(gè)葉輪流道,總壓強(qiáng)仍達(dá)到最小葉輪進(jìn)口的吸力面,而在達(dá)到頂峰吸入葉輪出口。當(dāng)然,在出口附近葉輪、有高和低總壓區(qū)由于尾流的影響。具體地說(shuō),低總壓區(qū)位于的流逝蝸舌附近,而高總壓強(qiáng)壓力面附近的區(qū)域,和他們非常明顯的低流條件下。但是,在高流量條件下,總壓強(qiáng)再次上升,除了在蝸舌附近的點(diǎn),出現(xiàn)大幅波動(dòng)。
3．PIV測(cè)試3.1實(shí)驗(yàn)
裝置PIV系統(tǒng)應(yīng)用在這個(gè)實(shí)驗(yàn)三維PIV系統(tǒng)的TSI公司2009年生產(chǎn)的。它主要包括以下5個(gè)設(shè)備。的首先是美國(guó)新浪潮的YAG200-NWL脈沖激光器,200年喬丹是誰(shuí)的單脈沖能量、激光脈沖頻率30 Hz,持續(xù)時(shí)間3 ns-5 ns,光束直徑0.0035米。第二個(gè)是610 035激光嗎脈沖同步器的觸發(fā)定時(shí)精度1 ns。第三是630 059 power優(yōu)先4米PIV相機(jī),這是最輕的CCD相機(jī)類(lèi)似產(chǎn)品,2 048×048光敏感像素和16幀/秒幀速率。第四個(gè)是了解3 g軟件,用于數(shù)據(jù)采集、分析,并顯示軟件平臺(tái),嵌入式“哈特”引擎和相關(guān)性算法流場(chǎng)分析軟件。第五是610年610年光手臂和光源透鏡等。
圖7顯示了素描的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。所有的實(shí)驗(yàn)都交織在江蘇大學(xué)。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開(kāi)環(huán),包括坦克開(kāi)空氣,測(cè)試泵的吸入閥,卸料管和排放閥門(mén)。模型泵只有一個(gè)軸吸和蝸殼。在電路、水泵從并返回到一個(gè)巨大的水庫(kù)。的流量被排出閥和監(jiān)管由電磁流量計(jì)測(cè)量。的轉(zhuǎn)速由外加信號(hào)檢測(cè)。
流量不確定性總是小于0.5%。頭和效率的不確定性分別在1%和1.5%。的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。雙刀模型泵的結(jié)構(gòu)圖7所示。它不同于普通的離心水泵。為了使PIV測(cè)試很容易,泵軸,通過(guò)吸入室的泵吸入口的同一邊。的semi-spiral吸入腔是由時(shí)間組成的不銹鋼,而葉輪和蝸殼是由時(shí)間組成的有機(jī)玻璃。有機(jī)玻璃是均勻的和光滑。同時(shí)所有表面的有機(jī)食品玻璃拋光,粗糙度是3.2。此外,為了減少背景噪音,沒(méi)有測(cè)試表面附近的蝸殼和葉輪到吸入室大會(huì)之前將是黑色的。最后,由于良好的跟蹤性能和光學(xué)性質(zhì),以及低價(jià)格,氧化鋁粉末選擇作為示蹤粒子在測(cè)試,和它的嗎顆粒直徑大約是8微米。
3.2測(cè)試方法
相應(yīng)的數(shù)值模擬,三人流條件下測(cè)量。中間部分的葉輪是選為測(cè)試飛機(jī),如所示Fig.8。測(cè)試區(qū)域是區(qū)域1。軸角編碼器發(fā)送每轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),觸發(fā)TSI同步裝置通過(guò)外部觸發(fā)同步系統(tǒng)因此每個(gè)圖像CCD相機(jī)拍攝到的區(qū)域1。
3.3數(shù)據(jù)采集和處理
首先,相關(guān)參數(shù)設(shè)置的洞察力3 g軟件,使用序列捕獲模式在每個(gè)條件收集20個(gè)相關(guān)圖像。其次,20個(gè)圖像在不同的處理?xiàng)l件通過(guò)互相關(guān)技術(shù),和修改等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差,當(dāng)?shù)氐囊馑计交禍y(cè)試和二次峰值。然后,平均的20個(gè)矢量文件在Tecplot計(jì)算軟件。最后,由于三維速度獲得PIV測(cè)試絕對(duì)速度,它是必要的合成得到的相對(duì)速度。根據(jù)速度三角形法、PIV速度合成程序被編譯在visual c++ 2005中。此外,這些向量文件也在Tecplot處理軟件。
3.4測(cè)試結(jié)果和分析相對(duì)速度分布決定該地區(qū)的PIV測(cè)量1中給出了Fig.9。基本上可以看出流體流動(dòng)通過(guò)葉輪入口附近的吸力面相同的工作狀態(tài)。此外,速度逐漸增加從葉輪入口到葉輪出口。同時(shí),回流漩渦存在于中間部分的壓力面,引人注目jet-wake流特性。
針對(duì)三種不同的工作條件,隨著流量較高,相對(duì)速度的梯度更大而jet-wake流動(dòng)變得少些明顯。同時(shí)規(guī)模、范圍的低速區(qū)域最小化和平滑流動(dòng)隨著流量的增加。此外,相對(duì)的價(jià)值速度點(diǎn)蝸舌附近更大比舌頭?？傊?測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果。
Fig.9等高線分布相對(duì)速度的PIV測(cè)試
4。結(jié)論新功能已被添加到執(zhí)行穩(wěn)態(tài)MRF OpenFOAM工具箱雙刀泵模擬,包括耦合接口(GGI)和專(zhuān)門(mén)的邊界條件,逆風(fēng)如離散化方案(高斯)和中亞松馳因素。模擬結(jié)果顯示的主要特征泵葉輪流道流場(chǎng)的雙刀很好的預(yù)測(cè)。與此同時(shí),葉輪的流動(dòng)雙刀泵由PIV測(cè)試技術(shù)。通過(guò)比較數(shù)值模擬的結(jié)果和測(cè)試結(jié)果,一些結(jié)論達(dá)成如下:
首先,相對(duì)速度而言,有一個(gè)非凡的jet-wake中間附近的流型方在進(jìn)口的壓力。隨著流量的增加,回流往往消失,這些值速度逐漸增加。此外,的值蝸舌附近的速度經(jīng)歷嚴(yán)重波動(dòng)。此外,在相同的工作條件下,同等速度區(qū)形成在中間通道由于速度之間的巨大變化壓力面和吸力面。
其次,每個(gè)圓的靜態(tài)壓力隨著半徑的增加在相同的工作條件除了在蝸舌附近,相當(dāng)大減少由于蝸殼的作用。這個(gè)功能隨著流量的增加變得不明顯的。從整個(gè)葉輪流道,最低的靜態(tài)壓力吸力面附近出現(xiàn)葉輪入口達(dá)到最高的靜壓附近的壓力出口。此外,有一個(gè)平等的靜態(tài)中間通道在高壓力區(qū)流條件和吸力面面積擴(kuò)大隨著流量的上升。
第三,總壓強(qiáng)分布的特點(diǎn)與靜壓是相似的。然而,高、低總壓出口附近區(qū)域存在葉輪由于尾流的影響,和他們?cè)诘土髁織l件下非常明顯。但是,在高流量條件下,他們分別不清的。與此同時(shí),蝸舌附近的點(diǎn)證人大幅波動(dòng)。
最后,PIV測(cè)試結(jié)果有一個(gè)很好的協(xié)議與數(shù)值模擬的結(jié)果。它表明了OpenFOAM是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真平臺(tái)可以添加所需的功能更好模擬復(fù)雜流動(dòng)行為。這也奠定了基礎(chǔ)促進(jìn)數(shù)值準(zhǔn)確性和effi234熟悉泵的內(nèi)部流動(dòng)模擬通過(guò)改善該算法在OpenFOAM和湍流模型。