湍流模型对轴流泵全工况计算精度的影响研究

陈迪; 张校文; 汤方平; 王林; 许旭东; 关子龙

doi:10.13522/j.cnki.ggps.2024069

摘要：[目的]研究湍流模型在轴流泵全工况的数值模拟过程中对计算精度的影响.[方法]采用Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω 3种湍流模型对轴流泵进行全工况的数值模拟计算,将计算结果和试验结果进行对比并结合内流场进行分析.[结果]在定常状态下,采用Standard k-ε、RNG k-ε、SST k-ω 3种湍流模型计算的扬程曲线与试验曲线的趋势基本一致.在正转逆流制动工况中,采用Standard k-ε和SST k-ω湍流模型计算扬程的精度相近且高于RNG k-ε湍流模型的计算精度,相较于RNG k-ε湍流模型扬程计算最大误差减小了 0.13 m和 0.22 m,平均误差减小了 0.55 m和 0.48 m.在正转水泵小流量工况中,采用Standard k-ε湍流模型计算的扬程值最大误差和平均误差最小,计算精度相对于其他 2种湍流模型显著提高,相较于RNG k-ε和SST k-ω湍流模型扬程计算最大误差减小了 1.19 m和 0.96 m,计算的平均误差减小了 0.56 m和 0.68 m.在反转顺流制动工况中,采用SST k-ω湍流模型计算扬程的精度更高,相较于Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型扬程计算最大误差减小了 1.08 m和 1.63 m,计算的平均误差减小了 0.6 m和 0.9 m.在反转水泵工况中,采用Standard k-ε湍流模型计算的计算扬程的精度更高,相较于RNG k-ε和SST k-ω湍流模型扬程计算最大误差减小了 0.65 m和 0.74 m,计算的平均误差减小了 0.34 m和 0.44 m.在正转水泵大流量工况、正转顺流制动工况、正转和反转的水轮机工况中,数值模拟的内流场流态平顺,外特性计算结果较为接近试验值,精度较高,且 3种湍流模型的外特性计算结果相互接近.[结论]在实际轴流泵数值模拟计算中,可以根据不同的运行工况选用计算效果更好的湍流模型来保证计算的结果精确度.研究成果为特殊运行工况的轴流泵的数值模拟计算提供了参考.