《表1 涡心涡量(ωzd/Up)》

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《泵站进水池吸入口涡旋结构及湍流特性的大涡模拟》

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将模拟结果与PIV实验作比较，包括自由表面涡、底涡和侧壁涡的位置、形状、大小及涡核强度等方面。实验中每种涡旋均以0.21 s时间间隔拍摄85幅PIV图像做时均处理。LES模拟中的时间步长为0.002 s，求解涡旋的瞬时结果。为避免在初期出现任何不确定性，遂将后17 s的模拟结果进行时均处理。选择底部、侧壁和自由表面上3种典型涡旋的流线和时均涡量场来验证模拟，分别取距离底部和自由表面20 mm截面和距外侧壁60 mm截面来对比。总体来说，模拟与实验具有良好一致性。当比较涡量场时，模拟结果与实验结果一致，如在底涡周围会存在一个二次涡，表面涡为两个旋向相反的涡。通过表1和图2（ωz表示Z方向的涡量）比较底涡和表面涡涡量发现模拟涡量要略小于实验值，模拟中涡量更加集中，涡核极值区域较小，涡形状较实验略小，并且模拟中的涡旋位置与实验中的涡旋位置略有不同，这可能归因于几个因素。首先，LES模型在极小涡核半径区域模拟计算会产生偏差，如果局部网格尺寸不够小，可能会对不准确的值进行建模。另外，边界条件也存在不确定性，例如入口处速度为PIV拍摄时均速度而实际中入口处流速是不断变化的，且缺乏入口湍流强度数据。因此，不可能在数值和实验之间获得完美匹配。但LES显示出比其他基于RANS（雷诺时均）的模拟更好的预测能力，如涡旋的位置、形状、大小以及涡核内的涡量和湍动能的分布[9-10]。总体来说，本文LES与VOF方法模拟结果与实验结果基本一致，模拟结果可用于深入分析。