【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(jí)壓縮機(jī)的數(shù)值模擬仍然是一個(gè)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(dòng)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(duì)三維粘性流體力學(xué)計(jì)算軟件的要求,本文研究了針對(duì)多級(jí)壓氣機(jī)的三維粘性流場(chǎng)計(jì)算方法,對(duì)某型多級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)性能計(jì)算。 對(duì)于壓氣機(jī)進(jìn)排氣渦殼部分,基于三維粘性流動(dòng)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(shí)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(duì)軸向蝸殼的系統(tǒng)進(jìn)行全流道三維數(shù)值模擬。 對(duì)于壓氣機(jī)通流部分,基于三維粘性流動(dòng)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(duì)相對(duì)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(shí)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(shí)間步長(zhǎng)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(gè)典型工況點(diǎn)的流場(chǎng)特性。并對(duì)于計(jì)算中經(jīng)常遇到的問(wèn)題:葉頂間隙和附面層轉(zhuǎn)捩兩個(gè)問(wèn)題對(duì)壓氣機(jī)性能的影響進(jìn)行了對(duì)比分析,通過(guò)對(duì)比得出:間隙內(nèi)的流動(dòng)使得轉(zhuǎn)子葉頂處出口相對(duì)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(huì)增加,由于改變了實(shí)際模型的結(jié)構(gòu),結(jié)果相對(duì)偏差較大,但使得計(jì)算變得易于收斂,還會(huì)使的計(jì)算時(shí)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(dòng),并且從計(jì)算的結(jié)果來(lái)看對(duì)于Reynolds較大的情況下轉(zhuǎn)捩的影響不大;從計(jì)算時(shí)間來(lái)看,不會(huì)增加計(jì)算的難度,但為了使工作時(shí)間有所延長(zhǎng),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(guò)運(yùn)用商用軟件 FLUENT來(lái)進(jìn)行計(jì)算。2.1.1 網(wǎng)格生成網(wǎng)格是流動(dòng)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(guò)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(zhǎng))，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(gè)部分，分別生成網(wǎng)格，，相鄰的幾何體之間共用一個(gè)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(dòng)復(fù)雜，適當(dāng)增加了這個(gè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630114