自由表面旋涡数值模拟与涡、汇模型理论分析

摘要：

为研究吸气旋涡的产生机理,并进行相应的理论分析,将水利和水工设备进水口前常见的自由表面旋涡现象简化为盆池自由放水模型,采用“流体体积”(VOF)方法结合RNGk-ε湍流模型模拟自由表面旋涡现象.通过数值模拟获得自由液面从纯水涡到吸气旋涡的生成与演化过程,将计算结果与理论Burgers涡模型进行对比,发现Burgers涡模型的切向速度分布方程与计算结果相符,涡量向中心聚集是导致自由液面发生凹陷并最终产生吸气旋涡现象的原因之一,同时发现Burgers涡的径向速度和轴向速度分布方程与计算结果相比存在很大差异.进一步简化模型后,剔除切向速度影响,模拟了无旋流体的排水过程.通过理论推导在球坐标系下提出“汇球面”模型,获得了较好的速度分布方程,并发现“汇”效应也是产生吸气旋涡现象的重要因素之一.

关键词：自由表面旋涡、流体体积、旋涡演化过程、Burgers涡模型、汇球面

所属期刊栏目：31

分类号：TK123(热力工程、热机)

资助基金：国家自然科学基金资助项目10902070,51276116;水沙科学与水利水电工程国家重点实验室开放研究基金资助项目sklhse-2011-E-02

在线出版日期：2013-08-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：325-330