轉靜子交界面處理方法和湍流模型對壓氣機數(shù)值計算影響研究.pdf

1、隨著計算流體力學的不斷發(fā)展，越來越多的轉靜子交界面處理方法和湍流模型被應用于葉輪機械的數(shù)值計算中，然而不同的轉靜子交界面處理方法和湍流模型對葉輪機械數(shù)值計算精度具有較大的影響。本文以NASA Stage35軸流式壓氣機為研究對象，在考查網格密度對計算精度影響的基礎上，選取合適的網格密度開展了不同轉靜子交界面處理方法和湍流模型對壓氣機的數(shù)值計算影響的研究。
　　在轉靜子交界面處理方法的對比分析中，對NUMECA新推出的二維無反射處理

2、方法與常用的周向守恒型連接面和完全非匹配混合面處理方法進行了對比，探討了三種混合平面法對NASA Stage35壓氣機數(shù)值模擬的影響，結論如下：
　?。?）對于絕熱等熵效率的預測，二維無反射相對于周向守恒型連接面和完全非匹配混合面更接近實驗值；對于總壓比的預測，在靠近峰值效率點附近二維無反射預測精度高，而在失速工況附近二維無反射預測精度相對較低。
　?。?）對比靜子出口總壓、總溫、相對氣流角和相對馬赫數(shù)沿徑向分布的計算精度，

3、周向守恒型連接面和完全非匹配混合面預測效果相一致，但精度低于二維無反射計算結果。
　?。?）對于交界面兩側總溫和總壓的徑向分布預測，三種混合平面法都不能保證總壓和總溫的守恒，但是上、下游的總壓和總溫變化很小。
　?。?）通過子午面熵云圖和轉子、靜子中間截面熵值的徑向分布對比分析得到，周向守恒型連接面和完全非匹配混合面熵值變化相一致，二維無反射熵增最小，說明二維無反射預測NASA Stage35壓氣機帶來的損失小。
　　

4、（5）通過葉根、葉中以及葉尖截面的相對馬赫數(shù)云圖對比分析，發(fā)現(xiàn)在葉根和葉中截面上，三種方法精度一致；但在葉尖截面上，周向守恒型連接面預測的轉子葉片吸力面氣流分離更明顯，完全非匹配混合面在下游靜子通道內相對馬赫數(shù)等值線更密集。
　　在湍流模型對壓氣機的數(shù)值計算影響方面，研究了 Baldwin-Lomax、Spalart-Allmaras、K-epsilon(Extend Wall Function)、K-epsilon(Low Re

5、 Yang-Shih)、Shear Stress Transport(SST)和EARSM六種湍流模型對NASA Stage35壓氣機數(shù)值模擬的影響，結論如下：
　　（1）通過阻塞點、峰值效率點、失速點三種典型工況下的流量、總壓比和絕熱等熵效率計算結果的對比分析可知，不同工況下各個湍流模型預測精度不同，無法確定NASA Stage35壓氣機數(shù)值模擬的最佳湍流模型。
　?。?）從阻塞點到失速點的多工況計算結果表明，Spalar

6、t-Allmaras模型和SST模型計算精度相對較好。
　　（3）通過對阻塞點、峰值效率點、失速點三種典型工況下徑向性能參數(shù)分析可知，SST模型計算精度總體上好于Spalart-Allmaras模型。
　?。?）通過對近失速工況下0.99葉高處相對馬赫數(shù)云圖對比分析可知， Baldwin-Lomax模型預測的激波強度最強，K-epsilon模型預測激波強度較弱；六種湍流模型在轉子近壓力側和靠近轉子、靜子尾緣處都出現(xiàn)了低能區(qū)，