排灌机械工程学报

作者：王燕燕, 赵伟国

单位：1. 兰州理工大学能源与动力工程学院, 甘肃 兰州 730050; 2. 甘肃省流体机械及系统重点实验室, 甘肃 兰州 730050

关键词：旋转叶栅,空化流动,涡量输运,涡动力学,湍动能

基金：国家自然科学基金资助项目(52169018);中央引导地方科技发展资金资助项目(23ZYQA0320);甘肃省教育厅支撑计划项目(2021CYZC-27);高校科研创新平台重大培育项目(2024CXPT-09)

为研究空化发生时旋转叶栅内涡动力学特性,基于DES分离涡模型结合Zwart-Gerber-Belamari空化模型进行数值仿真,并进行试验以验证数值计算方法的可靠性,进一步分析叶轮内空泡、流线、涡结构、涡量、涡量输运项、湍动能等分布规律.结果表明:随着空化数减小,流道内形成高速流体并扰动空泡界面,空泡与旋涡相互耦合并堵塞流道,使旋转叶栅水力性能下降;同时,空泡体积增大促进旋涡生成,而旋涡及空泡界面剧烈的气液交换又是涡量变化的关键因素;科氏力项对涡量的贡献较小,但空化数较小时,空泡尾部旋涡结构区科氏力项对涡量的贡献显著增大;随着空化数减小,叶轮内高湍动能变化区、单位质量流体湍动能损失由叶片前缘逐渐向叶片尾部移动,其中造成湍动能损失的主要原因是流体与叶片碰撞、空化发展及不稳定空化阶段空泡尾部的旋涡运动.研究结果可为降低水力机械空化流动不稳定性提供一定理论支撑.

来源：2026年第3期

《排灌机械工程学报》期刊编辑部

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