基于SST和动力SGS耦合模式的轴流泵轮缘间隙流特性研究

轴流泵轮缘间隙流及相应的水压力脉动，关系到水泵效率和机组的安全稳定运行，是水力机械领域普遍关注的学术和工程技术难题。本项目以准确预测轴流泵轮缘间隙流的非定常特性为目标，针对间隙流动包含附面层分离且为各向异性旋转湍流的特点，基于SST模型和双系数动力SGS模型，构建轮缘间隙流动模拟的DES模式，预测变工况条件下间隙流复杂结构的时空演化规律，结合模型试验观测轮缘间隙流形态及压力脉动特性。以期建立准确模拟间隙流动的方法，揭示轴流泵轮缘间隙流的非定常机理及主要影响因素，提出轮缘间隙区非定常流动的有效调控方法，为轴流泵优化设计及大型轴流泵站的安全、稳定运行提供科学依据和决策支持。

轮缘间隙泄漏流动及诱发的水压力脉动，关系到轴流泵效率和机组的安全稳定运行，是水力机械领域普遍关注的学术和工程技术难题。本项目基于旋转坐标系下的大涡模拟控制方程，将SGS应力分解为尺度相似部分和非线性各向异性部分，构建了动态非线性动力SGS模型；通过理论分析，构建了动态非线性动力SGS模型与SST模型耦合的DES计算模式；应用槽道流和立方体扰流等经典算例，验证了计算模型的准确性。提出了轮缘间隙内复杂边界内的数值模拟网格处理方案；发展了轮缘间隙泄漏涡三维形态的表征方法。采用所构建的计算模式，深入研究了典型工况及不同轮缘间隙尺寸下轴流泵轮缘泄漏流动特性，获得了轮缘间隙泄漏涡的形态特征，揭示了轮缘间隙区压力脉动随工况及间隙尺寸的变化规律。深入调研了轴流泵轮缘间隙泄漏流的PIV观测试验方法，初步搭建了间隙泄漏涡观测和轮缘区压力脉动测量的试验平台。项目成果为提高水力机械内部流动大涡模拟的计算精度和计算效率奠定了基础；为轴流泵优化设计及轮缘间隙泄漏流动控制提供了科学依据和决策支持。