【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算流体动力学的一种离心泵水力性能测量的方法，尤其是涉及了一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法。
技术介绍
1、泵是作为一种电动机，是机械系统中最常用的原动机，它是将外部能量传输给泵送液体，使液体能量增加的叶轮流体机械。在泵的所有种类里最常用的是离心泵。离心泵的结构复杂，叶轮内介质的流动状态为三维非定常紊流流动，且随着流动状态的变化，还会出现二次流、分离流和气蚀等现象。上述现象均属于离心泵内部流场的典型不稳定流动，而离心泵运行不稳定是影响泵设计和应用的主要难题和技术瓶颈。随着应用领域不断拓展和动力系统的高参数化，离心泵运行不稳定导致的严重事故不断重演，开展离心泵运行不稳定的研究迫在眉睫。如今计算机技术和计算流体力学的不断发展，数值模拟被越来越多的研究人员使用来计算流体机械的流动性能。因此，为有效地避免离心泵运行不稳定所造成的不良影响，需要建立更为准确的湍流模型来模拟预测离心泵的水力性能。
2、目前，在离心泵内部流动计算的数值模拟方面已经进行了许多的研究，但对于离心泵具体计算过程的深入分析还很少，学者们尚未证明在三维坐标、特定的初始条件下，纳维－斯托克斯方程是否有符合光滑性的解，也尚未证明若这样的解存在时，其动能有其上下界，大部分研究直接使用ansys fluent等流体仿真软件进行近似计算，研究结果缺乏普遍性。现有的湍流数值模拟方法有三种：直接数值模拟(dns)、雷诺平均方法(rans)和大涡模拟(les)。
3、dns要获得所有尺度的流动信息，对于空间和时间分辨率需求很高，因而
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法。
2、本专利技术所采用的技术方案，包括以下步骤：
3、步骤s1、采用两个动态确定的模型系数并引入速度梯度来获得新的滤波尺度，建立两项螺旋动态亚格子应力模型；
4、步骤s2、利用两项螺旋动态亚格子应力模型，通过数值模拟得出离心泵内流场全流量工况下预测的性能参数；
5、所述的性能参数包括离心泵的进口压力、出口压力、流量、转速；
6、步骤s3、根据预测的性能参数处理获得离心泵的扬程和水力效率。
7、所述的步骤s1具体为：
8、首先，建立xyz笛卡尔三维坐标系，在smagorinsky模型的基础上加入螺旋度修正项与速度梯度非线性项，采用自平均能量和平均熵的瞬时信息，从而建立两项螺旋动态亚格子应力模型，模型形式如下：
9、
10、其中，表示i方向和j方向之间的亚格子应力张量；c1和c2分别表示第一模型系数和第二模型系数；α表示测试尺度过滤宽度与滤波长度的比值，且1<α≤2；δlsq表示修正后的滤波长度；|s|表示离心泵内部流体的应变张量大小；sij表示离心泵内部流体在i方向和j方向之间的变形率张量；λαδ表示伪微尺度的过滤宽度；rij表示离心泵内部流体的对称涡量梯度张量。
11、上式中，第一模型系数c1和第二模型系数c2均采用动态亚格子模式处理获得，动态亚格子模式处理获得第一模型系数c1和第二模型系数c2的过程中，具体采用以下公式表示的平均方法处理获得模型系数：
12、
13、
14、其中，ilm和imm分别表示第一流体质点时间平均参数和第二流体质点时间平均参数；iee表示第三流体质点时间平均参数；
15、质点轨迹上流体质点时间平均参数的ilm、imm和iee计算如下：
16、
17、
18、
19、其中，mij表示i方向和j方向之间的应变率张量系数函数；lij表示i方向和j方向之间的里昂纳特leonard应力函数，由可解尺度间的相互作用产生；z(t')表示流体质点坐标函数；t和t'表示任意两个不同的时刻；w(t-t')表示加权平均函数；en表示误差函数；
20、lij(z(t'),t')表示在质点在t'时刻位置z(t')处的里昂纳特leonard应力大小；mij(z(t'),t')表示在质点在t'时刻位置z(t')处的应变率张量系数；en(z(t'),t')表示在质点在t'时刻位置z(t')处的误差；
21、所述步骤s1中，对滤波长度按照不同方向的各项异性滤波长度进行修正，将速度梯度g加入处理获得修正后的滤波长度δlsq：
22、
23、gδ≡gδ
24、其中，gδ表示修正的速度梯度，符号“：”表示张量的双点乘运算符号，g表示实际的速度梯度，δ表示初始的滤波长度。
25、在螺旋湍流中，存在能量和螺旋度的联合级联，为保证sgs模型准确地预测能量耗散和螺旋耗散。需要同时确定已解决的能量耗散-<lijsij>和螺旋耗散-<lijrij>。为此本专利技术提出了一个新的误差函数en，由剩余能量和螺旋度耗散平方和组成。在误差函数中加入并写成剩余能量和螺旋度耗散的平方和的形式。
26、所述步骤s1中，误差函数en按照以下公式处理得到：
27、
28、其中，表示对里昂纳特应力lij取模后的结果。
29、所述步骤s1中，伪微尺度的过滤宽度λαδ按照以下公式处理得到：
30、
31、其中，ui表示i方向的滤波速度，ωi表示离心泵内部流体i方向流动的涡量，<>表示对流场中物理量在时间上进行拉格朗日平均。
32、伪微尺度的过滤宽度基本评估了大尺度动能与大尺度熵的比率，其中λαδ越小，表示涡旋运动越强。
33、所述步骤s1中，里昂纳特应力lij根据滤波速度求解得到，定义为：
34、
35、其中，ui表示i方向的滤波速度，uj表示j方向的滤波速度。
36、所述步骤s1中，加权平均函数w(t-t')按照以下公式处理得到：
37、
38、其中，t表示松弛时间。
39、所述步骤s2具体的步骤为：
40、设定多个工况，在不同的多个工况下对离心泵进行大涡模拟，利用步骤s1中的两项螺旋动态亚格子应力模型进行处理获得预测的性能参数，性能参数主要包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
10.根据权利要求1所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的一种基于物质平均大涡模拟的离心泵水力性能测定方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：林培锋，康雪峰，张海雷，朱祖超，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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