多级压气机三维流场数值模拟研究

发布时间：2020-04-16 22:42

【摘要】：随着计算流体力学和现代优化计算方法的飞速发展,叶轮机械的数值模拟技术得到了快速发展。但是多级压缩机的数值模拟仍然是一个具有挑战性的研究领域,发展一套在计算速度和精度上都满足工程设计需要的气动数值模拟方法是非常必要的。 为满足压气机工程设计对三维粘性流体力学计算软件的要求,本文研究了针对多级压气机的三维粘性流场计算方法,对某型多级压气机进行了气动性能计算。 对于压气机进排气涡壳部分,基于三维粘性流动计算软件Fluent,采用结构化/非结构化的混合网格类型,以三维时均Navier-Stokes方程和标准的k ?ε两方程湍流模型为基础,采用SIMPLE算法,对轴向蜗壳的系统进行全流道三维数值模拟。 对于压气机通流部分,基于三维粘性流动计算软件Numeca,采用Jameson的有限体积差分格式并结合Spalart-Allmaras湍流模型对相对坐标系下的三维雷诺平均纳维斯托克斯方程进行求解,采用显式四阶Runge-Kutta法时间推进以获得定常解。为提高计算效率,采用了多重网格法、当地时间步长和残差光顺等加速收敛措施。重点分析了不同转速下近失速点,最高效率点和近阻塞点等几个典型工况点的流场特性。并对于计算中经常遇到的问题:叶顶间隙和附面层转捩两个问题对压气机性能的影响进行了对比分析,通过对比得出:间隙内的流动使得转子叶顶处出口相对气流角有较大的改变,从而使得转子的做功能力下降,效率和压比均降低,在计算中去掉间隙后,压气机的流量,效率都会增加,由于改变了实际模型的结构,结果相对偏差较大,但使得计算变得易于收敛,还会使的计算时间大大缩短;加入转捩后可以更好的模拟叶片表面处的流动,并且从计算的结果来看对于Reynolds较大的情况下转捩的影响不大;从计算时间来看,不会增加计算的难度,但为了使工作时间有所延长,需在已完成收敛的结果上,进行更多的转捩计算。
【图文】：

本章节采用三维雷诺平均守恒型纳维斯托克斯方程，以及湍流模型选取k ε模型，采用了全流道的模拟方法，计算方法选用分离隐式方法；采用二阶迎风格式进行离散，壁面附近采用壁面函数；通过运用商用软件 FLUENT来进行计算。2.1.1 网格生成网格是流动控制方程数值离散的基础，网格质量的好坏直接影响到计算结果的。网格生成为计算的重要组成部分，网格生成在计算过程中十分重要。2.1.1.1 几何建模进气蜗壳的进气截面是矩形，尺寸为 910mm(宽)×1236mm(长)，蜗壳出口截面是环形，外径为 763.6mm，内径为 457mm。图 2-1 给出了进气蜗壳的模型图。

图 2.2 排气蜗壳2.1.1.2 网格生成本文中计算域网格采用 Gambit2.0.4 生成非结构化四面体网格。为了控制网格质量，将进排气蜗壳的复杂计算区域分割成 2 个部分，分别生成网格，，相邻的几何体之间共用一个面，有相同的节点数。本文考虑进气和排气蜗壳靠近机匣的部分流动复杂，适当增加了这个区域的网格数量。图 2.3，2.4 给出了进排气蜗壳的网格图。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH45

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈乃兴;任意非正交曲线坐标系在叶轮机械气动计算中的应用[J];工程热物理学报;1980年02期

2 汪庆桓,陈乃兴;非正交曲线座标在叶轮机械粘性流动计算中的应用[J];工程热物理学报;1981年04期

3 陈乃兴,李卫红;应用非正交曲线坐标系流函数方程求解任意忯转面叶栅的一种气动杂交问题[J];工程热物理学报;1986年01期

4 王仲奇,韩万今,徐文远,才大颖;冲角和叶片倾斜角对矩形叶栅出口二次流场的影响[J];工程热物理学报;1989年02期

5 袁新;高精度高分辨率迎风格式应用于不同速度范围内粘性流动[J];工程热物理学报;1997年02期

6 袁新;可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择[J];工程热物理学报;1998年04期

7 张宏武,徐纲,袁新,叶大均;应用高分辨率迎风格式精确分析透平叶栅三维湍流流场[J];工程热物理学报;1999年05期

8 马宏伟,张庆国,蒋浩康;轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播[J];工程热物理学报;2002年04期

9 陈乃兴,黄伟光,周倩;跨音速单转子压气机三维湍流流场的数值计算[J];航空动力学报;1995年02期

10 韩振学,方韧,刘志坚;非结构化多重网格流场数值计算[J];航空动力学报;1998年02期

本文编号：2630114