水翼端部间隙泄漏流的压降及黏性损失机理

叶顶泄漏流产生的局部压降及黏性损失是导致轴流式水力机械效率下降和轮缘间隙空化的主要原因. 为探明间隙泄漏流的黏性损失特性和低压形成机制, 以NACA0009水翼为对象, 采用超大涡模拟方法(VLES)对翼端间隙流动进行数值模拟, 基于平均流动动能转换与输运分析, 提出了间隙区黏性损失定量计算模型, 研究了翼端间隙区湍动能生成、黏性损失和压降的产生机理及主要影响因素. 结果表明, 间隙区存在间隙分离涡(TSV)、间隙泄漏涡(TLV)和诱导涡(IV)等流动结构; 湍动能生成是导致TSV内压降的主导因素, TLV内压降则主要受湍动能生成和平均动能的对流和扩散效应影响; 湍动能耗散导致的翼端区域黏性损失占间隙区黏性损失总量的91.2%. 间隙区不同流动结构对湍动能生成的影响存在明显差异, 水翼吸力面的强剪切效应主要生成湍动能的\begin{document}$\left\langle \overline {{ u'} { u' } } \right\rangle$\end{document}分量, 而TLV, TSV和IV等间隙涡结构则主要生成湍动能的\begin{document}$\left\langle \overline { { v' } { v' } } \right\rangle$\end{document}和\begin{document}$\left\langle \overline { { w' } { w' } } \right\rangle$\end{document}分量; 湍动能产生机制分析表明, 湍动能生成项分量Pvw是TLV和TSV中湍动能生成的主导因素, 减小TSV和TLV内的速度梯度\begin{document}$ {{\partial \left\langle {\bar v } \right\rangle } \mathord{\left/ {\vphantom {{\partial \left\langle {\bar v } \right\rangle } {\partial z}}} \right. } {\partial z}} $\end{document}, 可有效降低湍动能生成, 进而减少翼端区域因湍流耗散导致的黏性损失. 研究结果可为间隙流动控制提供参考.