《基於多相流LBM-VOF聯合模式的水泵進水池漩渦流研究》是依託中國農業大學，由唐學林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於多相流LBM-VOF聯合模式的水泵進水池漩渦流研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：唐學林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擬採用理論分析法、並行算法和現代測試手段，深入研究水泵進水池的自由表面氣-液兩相漩渦流和附壁漩渦空化兩相汽-液流的若干細節及機理。基於大渦模擬(LES)亞格子模型和介觀多尺度展開方法，利用單組分兩相流格子Boltzmann方法(LBM)和VOF(volume of fluid)界面重構模型，發展自由表面氣-液兩相流LBM和LES的聯合模式，然後，採用物質狀態方程來描述汽-液兩相流LBM相變，發展漩渦空化汽-液兩相流LBM和LES計算模式。研究設計高解析度自由界面捕捉算法和高精度LBM並行方法，建立一套方法來定量描述自由表面漩渦的動態演變和漩渦空化相變的質量和動量的轉化規律，精確高效地模擬進水池各類漩渦的演變規律。最後，利用現代高速攝影、可視PIV來實驗觀測和測量進水池內流動特性，通過一系列實驗數據驗證上述模型和算法的合理性和可靠性。本研究將為自由表面流動和漩渦空化流動研究提供一種新方法。
結題摘要
進水池是通過進水管直接從中取水的水工建築物，其內部的不良流態往往是引發水泵機組振動、汽蝕和效率降低等一系列問題的主要原因。針對不同流速條件下，利用現代高速攝影、PIV (Particle Image Velocimetry)實驗研究了不同的後壁距、臨界淹沒水深、水中空氣含量對進水池內流態的影響，發現了在喇叭管入口靠近後壁面附近出現了速度曲線分叉現象和後壁距與漩渦的數量和強度關係緊密；針對不同壓力的封閉式進水池，實驗研究了自由液面漩渦及液下漩渦數量、速度分布、渦量隨壓力變化的演化過程，發現了自由液面漩渦與液下渦的個數隨著壓力絕對值的升高而升高，機率統計分析了列各測量面上的流動形態漩渦形態並劃分了無渦區、單渦區、過渡區、多渦區等四種渦區。基於大渦模擬(Large Eddy Simulation，LES)亞格子模型和介觀多尺度展開方法，利用單組分兩相流格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)和VOF(Volume Of Fluid)，發展自由表面的LBM和LES的聯合模式，然後，採用物質狀態方程來描述液相相變，發展了空化兩相流LBM的Carnahan-Starling-Shan-Chen聯合模式。利用LBM-LES-VOF聯合模型很好地預測到了進水池內湍流的數量不一的自由液面漩渦、側壁渦、後壁渦及底面渦，預測的速度分布和渦旋位置與物理模型的實驗數據吻合較好。利用空化流Carnahan-Starling-Shan-Chen模型成功地預測了三維氣核空化的發生髮展和收縮潰滅及復現過程，計算結果符合能障理論，並系統地分析了溫度、氣核內外壓差和氣核初始半徑等影響。採用MPI (Message Passing Interface)訊息傳遞接口和CUDA (Compute Unified Device Architecture)技術，通過C++開發了相關並行計算程式，研究分析了並行進程數的時間最短、加速比最大、具有較高通信等數值並行效率。本研究通過一系列實驗數據驗證上述模型和算法的合理性和可靠性，將為自由表面流動和漩渦空化流動研究提供一種新方法。
