石　磊, 张德胜, 陈　健, 潘大志, 耿琳琳

(江苏大学 流体机械工程技术研究中心，江苏　镇江　212012)



基于密度修正的滤波器模型在轴流泵叶顶区空化数值模拟中的应用与验证

石磊, 张德胜, 陈健, 潘大志, 耿琳琳

(江苏大学 流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212012)

摘要：为了准确揭示轴流泵叶轮叶顶区的流场结构和空化形态，选用某一模型轴流泵进行数值模拟和空化可视化试验研究。研究结果表明，基于密度修正的滤波器湍流模型(Density Correction Method Based Filter Based Method, DCMFBM)可准确预测汽蚀余量NPSH值，预测最大误差比SST k-ω模型小3%；在小流量工况下，叶顶泄漏流和泄漏涡在叶顶区充分发展，随着流量的增大，泄漏流向叶顶中后部发展，且泄漏涡与叶片吸力面的夹角减小，泄漏流对相邻叶片压力面的影响减小；叶顶区轴向速度先减小后增大，泄漏流进入间隙时在压力面拐角处发生流动分离，在叶顶端面附近卷吸形成角涡，在离开间隙区前泄漏流又会重新附着在叶顶端面上；湍动能呈现先增大后减小的趋势，且峰值随着弦长系数的减小而增大。通过空化性能曲线和叶顶泄漏涡的空穴形态对比分析，验证了DCMFBM湍流模型的适用性。从高速摄影结果可见，随着空化的发展，叶轮叶顶区泄漏流空化、射流剪切层空化以及泄漏涡空化共同构成三角形云状空化结构，且叶片尾缘存在空泡脱落，揭示了叶顶泄漏涡不稳定的空化特性。

关键词：轴流泵；叶顶泄漏流；泄漏涡；空化；高速摄影

轴流泵在农田排灌、污水处理、船舶工业以及其他领域有广泛的应用。……