轉(zhuǎn)-靜交界面處理方法研究及渦輪結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)分析.pdf

1、本文分兩部分，第一部分是轉(zhuǎn)/靜交界面處理方法的研究。在對(duì)葉輪機(jī)械進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，轉(zhuǎn)/靜交界面的處理是十分關(guān)鍵的。研究不同的交界面處理方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，對(duì)于提高葉輪機(jī)械數(shù)值模擬的精度和效率具有重大意義。過去的二十年里，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們提出了一系列交界面的處理方法，并在CFD商用軟件中得到了廣泛地應(yīng)用。本文研究的主要目的是，系統(tǒng)地比較不同交界面處理方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，為葉輪機(jī)數(shù)值模擬交界面處理方法的選擇提供參考依據(jù)。 為了實(shí)現(xiàn)上

2、述研究目的，本文的工作從以下幾個(gè)步驟展開： 1)作為整個(gè)研究的理論基礎(chǔ)，對(duì)混合面法(Mixing Plane)、凍結(jié)轉(zhuǎn)子法(Frozen Rotor)、滑移面法(Sliding Plane)幾種應(yīng)用較為廣泛的交界面處理方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 2)發(fā)揮二維數(shù)值計(jì)算速度快的優(yōu)勢(shì)，對(duì)某型沖壓渦輪葉中截面葉柵進(jìn)行數(shù)值模擬，比較不同交界面處理方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)果表明，采用混合面處理交界面時(shí)，葉柵的氣流轉(zhuǎn)角和總壓恢復(fù)系數(shù)都要

3、比滑移面的要大，而且隨著周向間距和相對(duì)轉(zhuǎn)速的減小，兩者的差異越來(lái)越大。 3)對(duì)沖壓渦輪進(jìn)行三維數(shù)值模擬，比較不同交界面處理方法對(duì)渦輪的總體性能計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)果表明，不同的交界面處理方法對(duì)流量和總壓比沒有明顯的影響，但是對(duì)效率有一定的影響。轉(zhuǎn)速越低，效率的差異越大；尤其是當(dāng)渦輪的工作狀態(tài)接近不穩(wěn)定邊界時(shí)，效率的差異更大。 4)選取NASA STAGE35作為研究對(duì)象，分析不同交界面處理方法對(duì)壓氣機(jī)總體性能計(jì)算結(jié)果的

4、影響。不同的交接面處理方法總壓比的計(jì)算結(jié)果差別較小，但是效率的計(jì)算結(jié)有差異較大。隨著轉(zhuǎn)速和流量的減小，不同交界面處理方法所得計(jì)算結(jié)果的差異越來(lái)越大。將數(shù)值計(jì)算的結(jié)果同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用滑移面法和凍結(jié)轉(zhuǎn)子法處理交界面時(shí)，計(jì)算結(jié)果比混合面法更接近實(shí)驗(yàn)值。 通過以上計(jì)算，說(shuō)明在對(duì)渦輪一類葉輪機(jī)械進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，交界面的處理方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不大。采用混合面法處理轉(zhuǎn)靜交界面的定常計(jì)算，不僅計(jì)算精度和非定常計(jì)算差別很小，而且計(jì)算

5、速度快。在對(duì)壓氣機(jī)一類作功的葉輪機(jī)械進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，交界面處理方法的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較大。采用凍結(jié)轉(zhuǎn)子法處理轉(zhuǎn)/靜交界面可以達(dá)到同非定常計(jì)算同樣的精度，而且花費(fèi)的時(shí)間要少。 論文的第二部分是渦輪結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)分析。文中提出了一種根據(jù)葉型坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求解葉型的幾何參數(shù)的算法。首先對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行三次樣條密集插值，然后求出葉型的中弧線，并通過最小二乘法對(duì)中弧線進(jìn)行修正，最后得出葉型的各項(xiàng)幾何參數(shù)。通過對(duì)沖壓渦輪靜子和轉(zhuǎn)子葉片上幾個(gè)型面幾