【摘要】：為進(jìn)一步發(fā)展和完善葉柵內(nèi)部湍流流場的數(shù)值計算方法，從而為葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流場的數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)，本文針對該領(lǐng)域的若干重要問題展開討論和研究。 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Navier-Stokes方程進(jìn)行數(shù)值求解。在此基礎(chǔ)上編寫了可計算可壓與不可壓的二維湍流流場的計算程序。 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。為消除采用非交錯網(wǎng)格布局時出現(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“動量插值”方法。 為避免標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型對時均應(yīng)變率大時的局限性，采用可實現(xiàn)κ-ε(realizable κ-ε model)模型進(jìn)行湍流流動的數(shù)值模擬，在固體壁面處采用壁面函數(shù)法來進(jìn)行邊界條件的處理以減少內(nèi)存及計算時間。 為提高計算精度，納入高階精度的QUICK格式，CUI格式，和具有TVD特性的MUSCL格式，通過在一階迎風(fēng)格式的基礎(chǔ)上引入附加源項的方法實現(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的計算程序，并對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。計算結(jié)果與一些實驗數(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)格下展開計算的，其結(jié)果見圖5一9a，5一9b，5一9c所示。通過比較以上各圖可見，無論采用MUSCL格式還是CUI格式，其計算結(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，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，后者的曲線分布比較陡峭，這說明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，說明該格式使激波抹平的數(shù)值耗散極小，對激波具有高的分辨率，激波前后沒有發(fā)現(xiàn)大的數(shù)值振蕩。

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本文編號：2595832