《表1 网格无关性分析：叶轮流速系数对泵正反转性能参数比的影响》

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《叶轮流速系数对泵正反转性能参数比的影响》

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以比转速ns=33的离心叶轮单流道模型为研究对象，图1为该叶轮的网格及内流监测位置示意图。该叶轮进口直径为80mm，出口直径为312mm，出口宽度为10mm，叶片数为5，叶轮进出口面积比为1.95。图中R为半径，ω为叶轮旋转角速度，下标p表示泵工况，下标t表示透平工况。采用ANSYS CFX 17.0计算该模型泵工况和透平工况时叶轮的流速系数，对比标准k-ε、renormalization group（RNG）k-ε、标准k-ω及shear stress transport（SST）k-ω湍流模型计算结果与实验结果发现，采用RNGk-ε湍流模型预测PAT的水力性能具有较高的可信度[19]，因此采用RNGk-ε湍流模型进行求解。控制方程的离散基于有限体积法，速度压力解耦采用SIM-PLEC（semi-implicit method for pressure-linked equation consistent）算法[20]，收敛精度为10-5，计算域的进口设为速度进口条件，出口设为自由出流，近壁区采用壁面函数法，考虑到网格节点Y+在200左右基本能满足k-ε湍流模型对近壁区网格质量要求[21]，本文对比转速ns=33的叶轮流道网格设置5种不同方案，在保证Y+的基础上进行网格无关性检查，如表1所示，表中N为网格数，ΔH为叶轮内流动损失，k为叶轮流速系数。当网格数大于261 973时，叶轮流道内的流速系数变化极小，综合考虑计算机能力及计算结果可靠性，该叶轮流道的网格尺度采用方案5，网格总数为453 854，图2为比转速ns=33叶轮流道网格的Y+云图。下文其余模型的网格密度接近于该叶轮流道。