外壁转速对圆环扇形截面流道内流动特性的影响

摘要

圆环扇形直流道内的流体在轴向压降及外壁旋转共同作用下形成三维螺旋流动，针对不同外壁转速下的三维螺旋流动进行数值模拟，探究不同轴向雷诺数以及周向雷诺数下外壁转速对流体三维速度分布的影响规律．研究结果表明：在较低的外壁转速下，周向速度关于环扇形流道截面角平分线成对称分布，而径向速度关于角平分线成反对称分布；随着外壁转速的提高，三维速度分量的对称或反对称关系遭到破坏，速度中心的径向及周向位置随外壁转速产生有规律变化；外壁旋转的圆环扇形流道内具有三个涡流区域，其中靠近外圆柱面的主螺旋涡旋转方向与外壁面旋向相同，而靠近内圆柱面上下角点的两个Moffatt涡旋向与外壁面转动方向相反；主螺旋涡在外圆柱面带动下向其旋转方向偏移，而距离主螺旋涡中心较远的Moffatt涡在低压作用下涡流区域随外壁转速的提高而显著增大．