单循环流涡轮桨搅拌槽流动特性分离涡模拟(2)
FLUENT[2-4]是目前国际上比较流行的商用CFD软件包。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。FLUENT软件中包含了丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。
GAMBIT软件是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学（CFD）模型和其它科学应用而设计的一个软件包。GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBIT简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，作为一款专业的CFD前处理软件，具有很强的几何建模能力，同时可以和FLUENT等CFD软件协同工作，实现从CAD到CFD的流水作业。
单层标准涡轮桨搅拌槽内部的流动特性与桨叶离底距离C密切相关，当离底距离从标准配置的T/3(T为搅拌槽直径)逐渐降低时，传统的双循环流型逐步向单循环发生转变[5,6]，功率消耗明显下降[7]，若体系为固液两相，则临界悬浮转速及平均能量耗散速率亦降低。
目前在搅拌槽流场数值模拟方面应用比较广泛的CFD方法主要有雷诺时均法、大涡模拟和直接数值模拟，其中大涡模拟对计算机内存及CPU速度的要求较高，需要相当大的计算时间，直接数值模拟更是如此，还只能用于研究低雷诺数的流动；雷诺时均法计算量低，但不能捕捉流体的非稳态流动特征，只能对时均流动给出较为准确的结果，给出的只是真实流动过程的一种近似。鉴于此，近年来提出了耦合的LES/RANS模型，充分利用雷诺时均法计算量小和大涡模拟计算精度高的优点，取得了理想的模拟结果，充分证明了这类模型的优势。分离涡模型就是耦合模型中的一种，该模型采用雷诺时均法模拟边界层内的流动，在远离物面的分离区域，又采用大涡模拟来求解。多年来的发展和实践证明，分离涡模型可用于解决工程实际问题，得到的结果也被证明是可靠的。本文将采用分离涡模拟的方法对单层标准涡轮桨搅拌槽内部的流动特性与桨叶离底距离C的关系进行研究，验证分离涡模拟的可靠性。
1．2 模拟方法介绍
搅拌槽内的流体的流动遵循质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律，表述这些定律的方程分别称为连续性方程，Navier-Stokes(N-S)方程和能量守恒方程。在对搅拌槽内湍流流动的模拟中，常采用的方法有以下几种[7,8]：
1.2.1 直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，DNS）
直接数值模拟(DES)就是不用任何湍流模型，直接求解完整的三文非定常N-S方程组，计算包括脉动在内的湍流所有瞬时运动量在三文流场中的时间演变。由于湍流是多尺度的不规则流动，要获得所有尺度的流动信息，对于空间和时间分辨率需求很高，因而计算量大、耗时多、对于计算机内存依赖性强。目前，直接数值模拟只能计算雷诺数较低的简单湍流运动，例如槽道或圆管湍流，如今它还难以预测复杂湍流运动。
1.2.2 雷诺平均法（Reynolds Averaged Navier-Stokes Model,RANS）
雷诺平均模拟(RANS)即应用湍流统计理论，将非稳态的N-S方程对时间做平均，求解工程中需要的时均量。所谓湍流模式理论，就是依据湍流的理论知识、实验数据或直接值模拟结果，对Reynolds应力做出各种假设，即假设各种经验和半经验的本构关系，从而使湍流的平均Reynolds方程关闭。即：
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