繞流粗糙表面二維邊界層流場的數值模擬分析.pdf

1、葉輪等關鍵零部件已廣泛應用于航空航天、能源動力等行業(yè)部門。在實際應用中發(fā)現(xiàn)，在大雷諾數情況下，繞流葉片粗糙表面流動的空氣動力性能會發(fā)生一定的改變，而國內外在此方面的相關研究工作尚少，因此研究粗糙表面對整體流動的氣動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象，分析粗糙表面對氣體流動的影響。
　　首先，針對繞流粗糙表面的流動問題采用了邊界層與無粘勢流匹配的數值模擬方法展開分析，并應用

2、了成熟的二維湍流邊界層流動偏微分控制方程表述該流動。
　　其次，應用改進的Illingsworth變換將控制方程從物理平面轉換到計算平面，并采用隱式的有限差分法對轉換后的偏微分方程組進行離散。通過Illingsworth坐標變換，控制方程被轉換為易求解的形式。同時，在計算平面內各向尺度被放大，與物理平面相比，沿流向，湍流邊界層厚度增長趨勢變得緩和，從而有助于提高計算精度。在數值計算中，速度、溫度等主要變量對橫坐標的一階偏導采用了兩

3、點向后差分格式，其對縱坐標的一階及二階偏導都采用了三點拉格朗日插值型求導公式，由此獲得了非線性化的代數方程組，在此基礎上給出了穩(wěn)定的數值求解算法。
　　再次，采用代數法生成了矩形網格，并編制了繞流粗糙表面的二維湍流邊界層流場的計算程序。結合二維湍流邊界層流動的特點，網格節(jié)點間距靠近壁面處取較小值，離壁面遠處逐漸加大，既提高了計算精度，又提高了計算效率。
　　最后，利用計算程序對繞流粗糙表面的二維邊界層流場進行了數值模擬分析。