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相互转换的主要影响因素，但在不同特征位置该三项的作用并不完全相同。１．０Ｑ 工况（图 １２（ａ）），
ｄ
流道 Ａ和流道 Ｂ内流动结构相似，在叶片 ＰＳ侧脱流形成的强剪切流动中（ｒ ＝ ０．６５ Ｒ），Ｐ 具有较大正
２ θθ
值，是促进平均流动动能转换为湍动能的主导因素；在叶片 ＳＳ侧，Ｐ 是产生湍动能的主要贡献因素，
ｒ θ
而 Ｐ 为负值，对湍动能生成起抑制作用。
θθ
０．６５Ｑ 工况，叶轮内存在明显的交替失速流动（图 ８），从图 １２（ｂ）可以看到，在失速流道 Ｂ中，
ｄ
Ｐ 和 Ｐ 是 ＰＳ侧分离涡产生平均流动动能损失的主要影响因素，而 Ｐ 为负值，将减小径向速度脉动，
θθ ｒ θ ｒｒ
使湍动能向平均流动动能转换；在叶片吸力面侧，Ｐ 对非失速流道 Ａ和失速流道 Ｂ内的湍动能生成均
θθ
为负贡献，因而可以抑制平均流动动能损失。０．２５Ｑ 工况（图 １２（ｃ）），在叶片吸力面，叶轮出口回流
ｄ
形成的强剪切流动中，Ｐ 和 Ｐ 均为正值，是促进平均流动动能转换为湍动能、导致能量损失的主导
ｒ θ ｒｒ
因素，Ｐ 为较大负值，将促使湍动能转换为平均流动动能。
θθ

图 １２ 典型工况下不同特征位置的 Ｐ ｋ － ｒｅｓ 分量分布

４ 结论

本文采用 ＶＬＥＳ方法对离心叶轮内部的非定常流动进行数值模拟，基于考虑平均流动动能输运的
能量损失计算模型，研究了低比转速离心式叶轮在典型流量下的流动特征和能量损失特性，得到以下
主要结论：
（ １）ＶＬＥＳ模型通过直接求解叶轮内的大尺度湍流结构，可以准确解析离心泵叶轮内流动特征，成
功预测了设计工况下的叶片压力面脱流和小流量工况的交替失速流动现象。本文提出的基于积分平均
流动动能输运方程直接黏性耗散项和湍动能生成项的平均流动动能损失计算方法，相比传统的通过输
入?输出功率差进行能量损失计算，所得的能量损失相对误差小于 ６％，新方法可有效用于叶轮内能量
损失计算分析。
（ ２）除近壁区强速度梯度导致的直接黏性损失外，叶片表面脱流、分离涡及叶轮出口回流与主流
的相互作用产生的强剪切效应，是叶轮内平均流动向湍流结构传递能量、造成平均流动动能损失的主
要原因。不同工况下叶轮内能量损失组成的占比差异明显，流量由 １．０Ｑ 降至 ０．２５Ｑ 时，近壁区的直
ｄ ｄ
接黏性损失降幅超过 ７０％，但湍动能生成对应的平均流动动能损失降幅仅为 １１．９％。
（３）不同工况下，离心叶轮内湍动能生成对应的平均流动动能损失主要受湍动能生成项径向－ 径向
分量（Ｐ ）、径向－ 周向分量（Ｐ ）和周向 － 周向分量（Ｐ ）影响。在叶片 ＰＳ侧脱流及 ＰＳ侧分离涡所形
ｒｒ ｒ θ θθ
成的强剪切流动中，Ｐ 和 Ｐ 促进平均流动动能转换为湍动能，而 Ｐ 则减小径向速度脉动，抑制湍动
θθ ｒ θ ｒｒ
能的生成；在叶片 ＳＳ侧脱流、ＳＳ侧分离涡及叶轮出口回流所形成的强剪切流动中，Ｐ 和 Ｐ 是平均流
ｒｒ
ｒ θ
动动能转换为湍动能、造成平均流动动能损失的主导因素，Ｐ 则对能量损失起抑制作用。
θθ
参 考 文 献：

［ １］ ＨＯＵＨ，ＺＨＡＮＧＹ，ＬＩＺ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎａｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎｌｏｃａｌｅｎｔｒｏｐｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０１７，２１（３）：１２８７ － １２９９．

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