分形双层搅拌桨流动特性数值模拟研究

摘要

针对六直叶涡轮桨搅拌过程中速度、湍动能等流体力学特性分布不均匀的问题，设计了一类新型分形双层几何涡轮桨，通过计算流体动力学(CFD)数值模拟实验，对这一类分形桨的流场速度、湍动能、湍能耗散率进行分析。研究结果表明：流场速度分布特征为风轮状，并向槽壁逐渐递减；风轮状的流场速度区域随着分形维数与迭代次数的增加而增加；无迭代桨流场湍动能强度明显大于分形桨，流场湍动能强度随着分形维数与迭代次数的增加而减少；流场湍流耗散率特征为锯齿状，分形桨湍流耗散率明显小于无迭代桨，矩形一次迭代桨湍流耗散率效果最好；分形桨搅拌功率随着分形维数与迭代次数的增加而减少；矩形迭代桨在流场速度分布、湍动能和湍流耗散率方面明显优于无迭代桨和三角形迭代桨。研究结果可为新型结构搅拌桨设计提供参考。

关键词

流场特性 / 计算流体力学 / 分形桨 / 湍动能 / 湍能耗散率

基金资助

国家自然科学基金青年科学基金项目(52108221); 湖北省科技创新人才计划项目(2023DJC075)