發(fā)布時間：2020-03-23 00:04

【摘要】：為進一步發(fā)展和完善葉柵內部湍流流場的數(shù)值計算方法，從而為葉輪機械內部復雜流場的數(shù)值模擬奠定基礎，本文針對該領域的若干重要問題展開討論和研究。 本文首先詳細推導了二維任意曲線坐標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方程進行數(shù)值求解。在此基礎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構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。 為避免標準κ-ε模型對時均應變率大時的局限性，采用可實現(xiàn)κ-ε(realizable κ-ε model)模型進行湍流流動的數(shù)值模擬，在固體壁面處采用壁面函數(shù)法來進行邊界條件的處理以減少內存及計算時間。 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，通過在一階迎風格式的基礎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的數(shù)值格式打下基礎。 在上述一系列研究工作的基礎上，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用以上的幾種格式在不同網(wǎng)格下進行了數(shù)值模擬。計算結果與一些實驗數(shù)據(jù)及文獻中的結果符合較好，證明了本工程的有效性。
【圖文】：

MUSCL格式的計算結果: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[l0l}是在非均分網(wǎng)格下展開計算的，其結果見圖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，其計算結果都很一致，均在葉片表面72%處比較準確的捕捉到了激波。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，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