基于CFD与PIV的水力机械交互式实验台的设计研究

摘要

轴流泵具有流量大、扬程低的特点，广泛地用于农业排灌、城市供水等领域。提高轴流泵效率，对国民经济发展和节约能源有着重要的意义。实验研究和数值模拟是研究轴流泵内部流动的有效手段，能够在经济性和真实性方面得到互补。但是，目前的研究大多数都集中在应用实验研究结论来验证数值模拟的真实性，在对两种实验方法的互补修正方面所做工作较少。
　　 本文基于上述考虑，提出了一种基于PIV及CFD技术的水力机械实验台设计方案，能够起到模拟研究与实验方法的实时互补。并以轴流泵为例，对其叶轮和流道的三维造型、内部流场数值计算展开了研究。本文的主要研究工作及取得的成果如下：
　　 1、综述国内外轴流泵研究现状并提出基于PIV及CFD技术的水力机械内部流场测试系统交互式实验台方案；
　　 2、通过三维造型软件UG完成了模型轴流泵的三维造型，应用计算流体动力学前处理工具Gambit对其内部流动区域进行非结构化网格划分；
　　 3、在流场求解的过程中，本文采用基于雷诺时均方程和k-ε双方程的湍流模型，对N-S方程用有限体积法进行离散，对轴流泵内部流场进行数值模拟；
　　 4、分析、处理数值计算结果，得出叶轮出口流场呈螺旋形向外运动趋势和空化空蚀易发生区域指导下步PIV与CFD交互实验的进行。
　　 由于实验经费的限制，本文只提出了设计方案，并没有做具体的实验测试，将在以后的研究工作中完成。