【摘要】：為進(jìn)一步發(fā)展和完善葉柵內(nèi)部湍流流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法，從而為葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng)的數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)，本文針對(duì)該領(lǐng)域的若干重要問(wèn)題展開(kāi)討論和研究。 本文首先詳細(xì)推導(dǎo)了二維任意曲線坐標(biāo)系下張量形式的流動(dòng)控制方程及其和壓力修正方程的離散形式，應(yīng)用求解壓力速度耦合的SIMPLE算法，以壓力為主要求解變量對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行數(shù)值求解。在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了可計(jì)算可壓與不可壓的二維湍流流場(chǎng)的計(jì)算程序。 本程序建立在完全守恒結(jié)構(gòu)化的有限體積框架上，采用非交錯(cuò)網(wǎng)格布局，，將所有變量均置于同一套網(wǎng)格上。為消除采用非交錯(cuò)網(wǎng)格布局時(shí)出現(xiàn)的非物理性壓力振蕩現(xiàn)象即壓力與速度失耦，采用Rhie和Chow提出的“動(dòng)量插值”方法。 為避免標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型對(duì)時(shí)均應(yīng)變率大時(shí)的局限性，采用可實(shí)現(xiàn)κ-ε(realizable κ-ε model)模型進(jìn)行湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬，在固體壁面處采用壁面函數(shù)法來(lái)進(jìn)行邊界條件的處理以減少內(nèi)存及計(jì)算時(shí)間。 為提高計(jì)算精度，納入高階精度的QUICK格式，CUI格式，和具有TVD特性的MUSCL格式，通過(guò)在一階迎風(fēng)格式的基礎(chǔ)上引入附加源項(xiàng)的方法實(shí)現(xiàn)。由于程序的通用性也為采用其它先進(jìn)的數(shù)值格式打下基礎(chǔ)。 在上述一系列研究工作的基礎(chǔ)上，本文較完整的編制了二維湍流流場(chǎng)的計(jì)算程序，并對(duì)可壓縮的雙圓弧平面葉柵等典型算例應(yīng)用以上的幾種格式在不同網(wǎng)格下進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果與一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)中的結(jié)果符合較好，證明了本工程的有效性。
【圖文】：

MUSCL格式的計(jì)算結(jié)果:等馬赫數(shù)線分布如圖5一7a所示，沿壁面和中心線的馬赫數(shù)分布如圖5一7b所示，等壓力線分布如圖5一7c所示，殘差收斂史如圖5一7d所示。CUI格式的計(jì)算結(jié)果:等馬赫數(shù)線分布如圖5一sa所示，沿壁面和中心線的馬赫數(shù)分布如圖5一8b所示，等壓力線分布如圖5一8c所示，殘差收斂史如圖5一sd所示。文獻(xiàn)[l0l}是在非均分網(wǎng)格下展開(kāi)計(jì)算的，其結(jié)果見(jiàn)圖5一9a，5一9b，5一9c所示。通過(guò)比較以上各圖可見(jiàn)，無(wú)論采用MUSCL格式還是CUI格式，其計(jì)算結(jié)果都很一致，均在葉片表面72%處比較準(zhǔn)確的捕捉到了激波。同時(shí)，比較圖5一6a和圖5一7a可以看出，壁面馬赫數(shù)由最大向最小變化時(shí)，后者的曲線分布比較陡峭，這說(shuō)明TVD類型的MUSCL格式捕捉激波的能力較強(qiáng)，需要的網(wǎng)格間距數(shù)少，說(shuō)明該格式使激波抹平的數(shù)值耗散極小，對(duì)激波具有高的分辨率，激波前后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的數(shù)值振蕩。

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本文編號(hào)：2595832