基于非結(jié)構(gòu)化同位網(wǎng)格的SIMPLE算法改進(jìn)及應(yīng)用.pdf

1、離心泵內(nèi)的流動(dòng)是流體力學(xué)最復(fù)雜的流動(dòng)問題之一,鑒于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法的日趨成熟,CFD已在離心泵設(shè)計(jì)和研究領(lǐng)域中扮演越來越重要的角色。在過去的10余年中,新的數(shù)值處理方法不斷問世,原有的方法則得到進(jìn)一步的充實(shí)與完善。在不可壓縮流體的流場求解中,廣泛采用以壓力為基本變量的求解方法,此時(shí)由于壓力無獨(dú)立的控制方程而要采用壓力修正SIMPLE算法處理壓力—

2、速度的耦合關(guān)系,這極大地促進(jìn)了SIMPLE系列算法的推廣。本文主要研究SIMPLE算法及其在離心泵CFD中的適用性,并從理論上對SIMPLE算法進(jìn)行了改進(jìn),以達(dá)到通過改進(jìn)數(shù)值算法來提高離心泵內(nèi)流數(shù)值計(jì)算精度的目的。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要研究成果有:
　　 1.對粘性、定常不可壓縮流體控制方程組不同形式的表達(dá)進(jìn)行了概括,總結(jié)了通用的控制方程組并對其進(jìn)行有限體積法離散。
　　 2.介紹了SIMPLE算

3、法的產(chǎn)生背景及其在離心泵中的應(yīng)用情況?？紤]了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)處理復(fù)雜邊界問題的優(yōu)勢,推導(dǎo)了非結(jié)構(gòu)化同位網(wǎng)格下的SIMPLE系列算法的計(jì)算步驟及求解流程。結(jié)合離心泵內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬常用算法,采用商業(yè)軟件對17套離心泵水力模型分別運(yùn)用SIMPLE和SIMPLEC算法進(jìn)行計(jì)算,通過對計(jì)算結(jié)果精度、求解時(shí)間進(jìn)行比較,表明SIMPLE算法作為CFD經(jīng)典算法,具有很高的可靠性,值得進(jìn)一步研究改進(jìn)。
　　 3.根據(jù)Date的壓力修正方程方法,

4、無論動(dòng)量方程還是質(zhì)量守恒方程,凡是用到界面流速的地方,都采用算術(shù)平均值。而在非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中,界面速度的算術(shù)平均值會(huì)帶來不合理的速度場和壓力場分布,因此,本文在充分考慮多種平均方法之后,對界面速度采用面積平均,發(fā)展了一套基于SIMPLE的改進(jìn)算法--SIMPLED算法。
　　 4.以開源軟件OpenFOAM為編譯平臺(tái),用SIMPLED算法編制了計(jì)算程序,針對流體力學(xué)經(jīng)典流動(dòng)問題——方腔頂蓋驅(qū)動(dòng)流進(jìn)行了計(jì)算檢驗(yàn)。結(jié)果表明,雷諾數(shù)越高