Течение жидкости в ступени центробежного насоса

Работа посвящена математическому и численному моделированию течения среды в ступени центробежного насоса, наиболее часто используемого для извлечения углеводородов на нефтегазовых месторождениях. Поставленная задача представляет собой сложную физико-математическую проблему, так как изучается течение в трехмерном канале, где имеются повороты потока на большие углы и вращающиеся элементы. Течение вязкое и турбулентное, что требует использования математических моделей высокого уровня. В работе сформулирована начально-краевая задача для уравнений в частных производных (уравнений Навье–Стокса, осредненных по Рейнольдсу), описывающих трёхмерное нестационарное вязкое турбулентное течение среды в ступени насоса. В качестве модели турбулентности использовалась $k$-$\varepsilon$ модель.
В качестве численного метода использован конечно-разностный метод второго порядка точности.
Построена трехмерная модель ступени в системе трехмерного проектирования, на основе которой создана расчетная сетка (1600000 ячеек).
Проведены многовариантные расчеты с использованием решателя системы Fluent 6.2. Расчеты позволили получить детальное распределение параметров в ступени и оценить возможные критические ситуации в работе устройства. Заметим, что экспериментов, которые дают распределение параметров в элементах насоса, в настоящее время не существует.
Результаты численного моделирования проанализированы, получены их интегральные характеристики и сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными и упрощенными аналитическими моделями [1]. Сравнение с экспериментом показало хорошее качественное и количественное соответствие результатов математического моделирования и эксперимента. Упрощенные модели значительно отличаются как от численных результатов представленной работы, так и от экспериментальных данных.