本文關(guān)鍵詞：軸流壓氣機單通道內(nèi)流數(shù)值模擬方法研究

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【摘要】：在當前的航空發(fā)動機研究體系中,壓氣機/風扇已經(jīng)逐步進入三維設(shè)計和分析階段,因此基于Navier-Stokes方程的壓氣機三維流場數(shù)值模擬對于壓氣機的設(shè)計和分析來說十分重要。在壓氣機初始設(shè)計階段,每一輪迭代都會修改幾何造型,并進行數(shù)值模擬,此階段需要具有一定模擬精度的快速的數(shù)值模擬方法。為了取得好的設(shè)計結(jié)果,需要進行精細化的數(shù)值驗證,從而降低試驗風險。在可以接受的計算時間和計算條件下,需要選擇精度盡可能高的模擬方法。為了研究不同的壓氣機算法的適用范圍和計算特性,探索壓氣機內(nèi)流特性,本文在課題組CFD解算器的基礎(chǔ)上,發(fā)展并實現(xiàn)了求解單通道流場的混合平面法、諧波平衡法、相滯后法和求解多通道流場的非定常模擬方法(URANS方法)。通過與試驗結(jié)果及商業(yè)軟件的對比,驗證了單通道算法在葉輪機械CFD上的可靠性;在本文的算例中,與URANS方法模擬結(jié)果的對比表明,諧波平衡法和相滯后法在保證非定常流動模擬精度的前提下,計算效率比URANS方法提高了一個數(shù)量級。在第一章中,首先介紹了壓氣機CFD算法研究的背景與意義,然后介紹了國內(nèi)外壓氣機CFD算法的發(fā)展及現(xiàn)狀和壓氣機單通道算法的原理,最后介紹了本文的主要研究內(nèi)容。第二章介紹了數(shù)值計算方法,包括壓氣機流場的控制方程,求解方程所用的空間離散與時間離散格式,以及采用的邊界條件和湍流模型。第三章為單級壓氣機的算例研究。首先采用單通道算法計算了壓氣機在設(shè)計轉(zhuǎn)速下的流量特性曲線,并與商業(yè)軟件及試驗的結(jié)果進行對比。計算結(jié)果與試驗結(jié)果相符,證明了算法及程序的有效性。然后在相同的邊界條件下,通過與URANS方法的結(jié)果進行對比,包括流場細節(jié)、總體參數(shù)以及頻譜分析等結(jié)果均吻合的很好,驗證了單通道非定常算法對非定常流動模擬結(jié)果的正確性。最后,驗證了單通道算法同樣適用于回轉(zhuǎn)面葉柵的流動計算。第四章為多級壓氣機單基頻流動研究,證明了用于單級計算的程序能直接拓展到多級的計算。第五章為多級壓氣機多基頻流動的研究。本章通過耦合優(yōu)化算法解決了將諧波平衡法應(yīng)用于多級壓氣機多基頻流動計算時的魯棒性問題,并將單基頻的相滯后法拓展到了多基頻領(lǐng)域,并將單通道算法與URANS方法的計算結(jié)果進行了比較和剖析。第六章為結(jié)束語,總結(jié)了現(xiàn)有的工作,指出了存在的不足,并展望了后續(xù)的研究工作。
【關(guān)鍵詞】：軸流壓氣機 混合平面法 諧波平衡法 相滯后法 URANS方法
【學(xué)位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V233
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-20
• §1.1 研究背景與意義10-11
• §1.2 國內(nèi)外壓氣機CFD方法概述11-13
• §1.3 壓氣機單通道CFD方法概述13-19
• §1.3.1 定常模擬13-14
• §1.3.2 非定常模擬14-18
• §1.3.3 壓氣機單通道CFD在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀18-19
• §1.4 本文研究內(nèi)容19-20
• 第二章 數(shù)值計算方法20-38
• §2.1 控制方程20-24
• §2.1.1 混合平面法控制方程22
• §2.1.2 諧波平衡法控制方程22-24
• §2.1.3 相滯后法及多通道URANS方法的控制方程24
• §2.2 空間離散24-26
• §2.2.1 無粘項的離散24-25
• §2.2.2 粘性項的離散25-26
• §2.3 時間離散26-28
• §2.4 邊界條件28-35
• §2.4.1 進出口邊界條件28-29
• §2.4.2 固壁邊界條件29
• §2.4.3 周期性邊界條件29-33
• §2.4.4 交界面邊界條件33-35
• §2.5 湍流模型35-37
• §2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 單級壓氣機算例研究38-66
• §3.1 NASA STAGE 35 模型與網(wǎng)格38-40
• §3.2 算法有效性驗證40-46
• §3.3 URANS方法校驗46-57
• §3.3.1 流場細節(jié)47-53
• §3.3.2 總體參數(shù)變化53-55
• §3.3.3 計算效率55-57
• §3.4 葉柵計算中的比較驗證57-64
• §3.4.1 單通道算法在葉柵計算上的校驗57-58
• §3.4.2 URANS方法校驗58-62
• §3.4.3 頻譜分析62-64
• §3.5 本章小結(jié)64-66
• 第四章 多級單基頻壓氣機算例研究66-72
• §4.1 計算模型與網(wǎng)格66-67
• §4.2 計算結(jié)果與分析67-71
• §4.3 本章小結(jié)71-72
• 第五章 多級多基頻壓氣機算例研究72-85
• §5.1 諧波平衡法的計算時刻選取72-74
• §5.2 相滯后法在多級多基頻流動上的功能拓展74-75
• §5.3 URANS方法校驗75-81
• §5.3.1 在葉柵計算上的校驗75-79
• §5.3.2 在三維壓氣機計算上的校驗79-81
• §5.4 1-1/2 級壓氣機計算81-84
• §5.5 本章小結(jié)84-85
• 第六章 結(jié)束語85-87
• 致謝87-88
• 個人簡介88-89
• 參考文獻89-91

【參考文獻】

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本文編號：1087787