旋转流场流态预测模型验证及其速度分量选择的差异性研究

鉴于目前高速旋流场中的流体流态判定准则不统一、预测模型契合度不高的问题，依据流体力学基本原理及管道、缝隙流场的判定方法，对经典一维雷诺数及二维流量因子预测模型进行了理论重构，并尝试提出了适用于旋转流场中流体流态判定和预测的椭球模型。首先根据经典雷诺数模型和流动因子模型，对仿真计算和椭球模型进行了理论验证；然后对不同介质和工况参数下的速度场进行了分析计算，并与相关文献进行对比研究；最后结合对旋转流场中拐点的理论剖析，对椭球模型的合理性和科学性进行了论证，并对模型中速度分量的选择及差异性进行了讨论。结果表明：椭球模型对管道流动的预测结果与经典雷诺数模型完全一致，新模型对旋转流场中转捩点的预测值较传统模型明显偏低，与实际工况更加贴近；根据椭球模型进行旋转流场的流态判定时，应选择平均直径处的线速度为剪切平均速度、进出口径向速度平均值为径向平均速度及最大轴向速度为模型输入因子。椭球模型的提出，为旋转流场在理论计算时如何科学判定流体流态提供了新的思路和判定方法。