基于沉浸边界法的轴流泵内鱼体运动数值模拟

摘要

为精细分析鱼类在水力机械流道中的运动特性,本文以轴流泵为例,采用沉浸边界(immersed boundary,IB)与流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)及大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合的方法,对泵内流场及鱼体通过泵流道的运动过程进行了数值模拟。结果表明,在相同雷诺数下计算得到的设计工况扬程系数与实验值误差仅为2.7%,验证了IB-FSI-LES方法适合于模拟轴流泵内部流动。与将鱼体视为流体示踪粒子的常规计算相比,采用IB-FSI-LES方法可以得到鱼体在泵内的复杂运动轨迹,捕捉鱼体与叶片发生碰撞时的运动突变以及叶轮内鱼体周围流场中涡结构的形成和脱落。研究结果可为水利水电工程中鱼类过机损伤精确评估及鱼类友好型水力机械优化设计提供科学依据。