【摘要】：隨著計(jì)算流體力學(xué)和現(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法的飛速發(fā)展,葉輪機(jī)械的數(shù)值模擬技術(shù)得到了快速發(fā)展。但是多級壓縮機(jī)的數(shù)值模擬仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域,發(fā)展一套在計(jì)算速度和精度上都滿足工程設(shè)計(jì)需要的氣動數(shù)值模擬方法是非常必要的。 為滿足壓氣機(jī)工程設(shè)計(jì)對三維粘性流體力學(xué)計(jì)算軟件的要求,本文研究了針對多級壓氣機(jī)的三維粘性流場計(jì)算方法,對某型多級壓氣機(jī)進(jìn)行了氣動性能計(jì)算。 對于壓氣機(jī)進(jìn)排氣渦殼部分,基于三維粘性流動計(jì)算軟件Fluent,采用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化的混合網(wǎng)格類型,以三維時均Navier-Stokes方程和標(biāo)準(zhǔn)的k ?ε兩方程湍流模型為基礎(chǔ),采用SIMPLE算法,對軸向蝸殼的系統(tǒng)進(jìn)行全流道三維數(shù)值模擬。 對于壓氣機(jī)通流部分,基于三維粘性流動計(jì)算軟件Numeca,采用Jameson的有限體積差分格式并結(jié)合Spalart-Allmaras湍流模型對相對坐標(biāo)系下的三維雷諾平均納維斯托克斯方程進(jìn)行求解,采用顯式四階Runge-Kutta法時間推進(jìn)以獲得定常解。為提高計(jì)算效率,采用了多重網(wǎng)格法、當(dāng)?shù)貢r間步長和殘差光順等加速收斂措施。重點(diǎn)分析了不同轉(zhuǎn)速下近失速點(diǎn),最高效率點(diǎn)和近阻塞點(diǎn)等幾個典型工況點(diǎn)的流場特性。并對于計(jì)算中經(jīng)常遇到的問題:葉頂間隙和附面層轉(zhuǎn)捩兩個問題對壓氣機(jī)性能的影響進(jìn)行了對比分析,通過對比得出:間隙內(nèi)的流動使得轉(zhuǎn)子葉頂處出口相對氣流角有較大的改變,從而使得轉(zhuǎn)子的做功能力下降,效率和壓比均降低,在計(jì)算中去掉間隙后,壓氣機(jī)的流量,效率都會增加,由于改變了實(shí)際模型的結(jié)構(gòu),結(jié)果相對偏差較大,但使得計(jì)算變得易于收斂,還會使的計(jì)算時間大大縮短;加入轉(zhuǎn)捩后可以更好的模擬葉片表面處的流動,并且從計(jì)算的結(jié)果來看對于Reynolds較大的情況下轉(zhuǎn)捩的影響不大;從計(jì)算時間來看,不會增加計(jì)算的難度,但為了使工作時間有所延長,需在已完成收斂的結(jié)果上,進(jìn)行更多的轉(zhuǎn)捩計(jì)算。
【圖文】：

本章節(jié)采用三維雷諾平均守恒型納維斯托克斯方程，以及湍流模型選取k ε模型，采用了全流道的模擬方法，計(jì)算方法選用分離隱式方法；采用二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，壁面附近采用壁面函數(shù)；通過運(yùn)用商用軟件 FLUENT來進(jìn)行計(jì)算。2.1.1 網(wǎng)格生成網(wǎng)格是流動控制方程數(shù)值離散的基礎(chǔ)，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響到計(jì)算結(jié)果的。網(wǎng)格生成為計(jì)算的重要組成部分，網(wǎng)格生成在計(jì)算過程中十分重要。2.1.1.1 幾何建模進(jìn)氣蝸殼的進(jìn)氣截面是矩形，尺寸為 910mm(寬)×1236mm(長)，蝸殼出口截面是環(huán)形，外徑為 763.6mm，內(nèi)徑為 457mm。圖 2-1 給出了進(jìn)氣蝸殼的模型圖。

圖 2.2 排氣蝸殼2.1.1.2 網(wǎng)格生成本文中計(jì)算域網(wǎng)格采用 Gambit2.0.4 生成非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格。為了控制網(wǎng)格質(zhì)量，將進(jìn)排氣蝸殼的復(fù)雜計(jì)算區(qū)域分割成 2 個部分，分別生成網(wǎng)格，，相鄰的幾何體之間共用一個面，有相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)。本文考慮進(jìn)氣和排氣蝸殼靠近機(jī)匣的部分流動復(fù)雜，適當(dāng)增加了這個區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)量。圖 2.3，2.4 給出了進(jìn)排氣蝸殼的網(wǎng)格圖。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH45

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳乃興;任意非正交曲線坐標(biāo)系在葉輪機(jī)械氣動計(jì)算中的應(yīng)用[J];工程熱物理學(xué)報;1980年02期

2 汪慶桓,陳乃興;非正交曲線座標(biāo)在葉輪機(jī)械粘性流動計(jì)算中的應(yīng)用[J];工程熱物理學(xué)報;1981年04期

3 陳乃興,李衛(wèi)紅;應(yīng)用非正交曲線坐標(biāo)系流函數(shù)方程求解任意忯轉(zhuǎn)面葉柵的一種氣動雜交問題[J];工程熱物理學(xué)報;1986年01期

4 王仲奇,韓萬今,徐文遠(yuǎn),才大穎;沖角和葉片傾斜角對矩形葉柵出口二次流場的影響[J];工程熱物理學(xué)報;1989年02期

5 袁新;高精度高分辨率迎風(fēng)格式應(yīng)用于不同速度范圍內(nèi)粘性流動[J];工程熱物理學(xué)報;1997年02期

6 袁新;可壓縮粘性流動中雙方程湍流模型的選擇[J];工程熱物理學(xué)報;1998年04期

7 張宏武,徐綱,袁新,葉大均;應(yīng)用高分辨率迎風(fēng)格式精確分析透平葉柵三維湍流流場[J];工程熱物理學(xué)報;1999年05期

8 馬宏偉,張慶國,蔣浩康;軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖泄漏渦和尾跡在靜子尖區(qū)的傳播[J];工程熱物理學(xué)報;2002年04期

9 陳乃興,黃偉光,周倩;跨音速單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)三維湍流流場的數(shù)值計(jì)算[J];航空動力學(xué)報;1995年02期

10 韓振學(xué),方韌,劉志堅(jiān);非結(jié)構(gòu)化多重網(wǎng)格流場數(shù)值計(jì)算[J];航空動力學(xué)報;1998年02期

本文編號：2630114