繞流粗糙表面二維邊界層流場(chǎng)的數(shù)值模擬分析.pdf

1、葉輪等關(guān)鍵零部件已廣泛應(yīng)用于航空航天、能源動(dòng)力等行業(yè)部門(mén)。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在大雷諾數(shù)情況下，繞流葉片粗糙表面流動(dòng)的空氣動(dòng)力性能會(huì)發(fā)生一定的改變，而國(guó)內(nèi)外在此方面的相關(guān)研究工作尚少，因此研究粗糙表面對(duì)整體流動(dòng)的氣動(dòng)性能影響存在重要意義?；诖?，本文以均勻排列的具有圓形截面的粗糙度單元組成的粗糙表面為研究對(duì)象，分析粗糙表面對(duì)氣體流動(dòng)的影響。
　　首先，針對(duì)繞流粗糙表面的流動(dòng)問(wèn)題采用了邊界層與無(wú)粘勢(shì)流匹配的數(shù)值模擬方法展開(kāi)分析，并應(yīng)用

2、了成熟的二維湍流邊界層流動(dòng)偏微分控制方程表述該流動(dòng)。
　　其次，應(yīng)用改進(jìn)的Illingsworth變換將控制方程從物理平面轉(zhuǎn)換到計(jì)算平面，并采用隱式的有限差分法對(duì)轉(zhuǎn)換后的偏微分方程組進(jìn)行離散。通過(guò)Illingsworth坐標(biāo)變換，控制方程被轉(zhuǎn)換為易求解的形式。同時(shí)，在計(jì)算平面內(nèi)各向尺度被放大，與物理平面相比，沿流向，湍流邊界層厚度增長(zhǎng)趨勢(shì)變得緩和，從而有助于提高計(jì)算精度。在數(shù)值計(jì)算中，速度、溫度等主要變量對(duì)橫坐標(biāo)的一階偏導(dǎo)采用了兩

3、點(diǎn)向后差分格式，其對(duì)縱坐標(biāo)的一階及二階偏導(dǎo)都采用了三點(diǎn)拉格朗日插值型求導(dǎo)公式，由此獲得了非線性化的代數(shù)方程組，在此基礎(chǔ)上給出了穩(wěn)定的數(shù)值求解算法。
　　再次，采用代數(shù)法生成了矩形網(wǎng)格，并編制了繞流粗糙表面的二維湍流邊界層流場(chǎng)的計(jì)算程序。結(jié)合二維湍流邊界層流動(dòng)的特點(diǎn)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)間距靠近壁面處取較小值，離壁面遠(yuǎn)處逐漸加大，既提高了計(jì)算精度，又提高了計(jì)算效率。
　　最后，利用計(jì)算程序?qū)@流粗糙表面的二維邊界層流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。