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《叶轮机三维非定常流动数值模拟的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第22卷第1期航空学报Vol.22No.12001年1月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJan.2001文章编号:1000-6893(2001)01-0010-05叶轮机三维非定常流动数值模拟的研究邹正平,徐力平(北京航空航天大学404教研室,北京100083)NUMERICALSTUDYOFTHE3-DUNSTEADYFLOWINTURBOMACHINERYSTAGESZOUZheng-ping,XULi-ping(Faculty404,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing1
2、00083,China)摘要:利用数值模拟手段对压气机内部非定常流场进行了初步研究,在数值模拟中引进了双重时间步方法。研究和讨论了物理时间步长及网格尺寸对计算结果的影响,给出了叶轮机通道中非定常流动的部分流动图画,并对非定常流场进行了初步的分析。关键词:双重时间步方法;非定常流动;叶轮机械中图分类号:V231.3文献标识码:AAbstract:Theapplicationoftheimplicitdualtimestepapproachtothepredictionofthree-dimensionalunsteadyflowthroughthestageofcompressoris
3、presented,andtheeffectsofmeshdensityandrealtimesteponthesimulatedresultsareinvestigated.Thenumericalresultsshowthattheeffectofmeshdensityandrealtimestepislarger,andtherearecomplexunsteadyflowstructuresinthebladepassages.Keywords:dualtimestepapproach;unsteadyflow;turbomachinery叶轮机械内部流动是工程实践中的最复杂
4、流1数值方法动之一。它本质上是三维非定常复杂流动;不仅边界层流动具有三维性,存在层流区、转捩区、湍流本文工作是在原有Denton三维粘性定常程[13]区以及激波与边界层干涉、流动分离等现象;主流序基础上发展起来的,隐式双重时间步方法的亦为旋涡流动(如泄漏涡、马蹄涡、通道涡、刮削涡主要思想是:在控制方程中引入虚拟时间项,在计以及尾迹涡等各种涡系)所控制,以三维剪切流动算中物理时间步迭代求真实解,而每一物理时间为主要特征;同时还存在动静干涉等非定常作用。步内,则利用虚拟时间步迭代直至收敛。近年的研究表明,非定常的流动特性有可能对系绝对柱坐标系下三维N-S方程的积分形式[1～4]统性能产生
5、较大的影响。其中非定常流动不可写为[5]仅会给系统带来不利的影响,也具有改善系统QdV+{Fnx+(G-Qvmg)nq+性能的潜力[6]。非定常流动的研究,不但可以帮助tvA人们了解流动的规律,更重要的是为人们的设计Hnr}dA=(Si+Sv)dV(1)[7]v提供指导,如Clocking等现象的发现和利用。隐式双重时间步方法即在方程(1)中引入虚数值模拟作为非定常流动研究的重要手段之拟时间项,如式(2)所示一,近年来得到长足发展。目前人们已经可以对叶[8～11]轮机非定常流场进行三维粘性数值模拟,然QdV+QdV+{Fnx+vtvA而,有些问题还
6、需进一步解决,计算所需时间和对(G-Qvmg)nq+Hnr}dA=(Si+Sv)dV计算资源的需求过大就是其中之一。Jameson于v90年代发展了隐式双重时间步方法(Implicit(2)dualtimestepapproach),使得计算速度大大加在求解中,时间方向上对虚拟时间步迭代求[12]快。本文将隐式双重时间步方法应用到叶轮机解至非定常源项为零,则方程(2)为一非定常精确非定常流场的计算中,研究了网格密度和物理时[11]方程,其解为非定常流动解。间步长对计算结果的影响,并对叶轮机内部非定2边界处理常流场进行了初步的研究和探索。采用简化方法,即保证叶片堵塞一致,按一定收
7、稿日期:1999-04-19;修订日期:2000-01-21文章网址:http://www.hkxb.net.cn/hkxb/2001/01/0010/[15,16]比例缩放叶片,如Dawes等。Arnone和第1期邹正平等:叶轮机三维非定常流动数值模拟的研究11Pacciani曾应用二维N-S方程对一级涡轮进行计表1迭代步数比较算[17],他们根据准确的栅距比将通道数目近似为Table1Comparisonofsteps不同的整数,结果表明叶片的栅距调整
