应用结构化网格块群进行气热耦合计算方法的研究

摘要

在本文，应用结构化网格块群进行了叶片三维气热耦合问题数值计算的方法研究。本文首先推导了流场与固体温度场求解的基本方程，并推导了在非正交曲线坐标系下的导热方程的展开式，应用非重叠区域算法建立了流场与固体温度场的气、热耦合计算模型。 然后研究了AUTOGRID和ICEM的网格存储格式，编制了它们与流场计算程序和温度计算程序的数据接口，并利用ICEM生成了空腔叶片、MARKII叶片和流场气热耦合的结构化网格块群。编制了非重叠区结构化网格进行温度场计算的数据传递模块和气热耦合计算流场网格和温度场网格在壁面处不一一对应地数据传递接口。同时改编流场计算程序并计算了冷气通道和叶片空腔的流场，拓宽了原流场计算程序的使用范围。最后，应用所改编的三维非正交曲线坐标系下的非重叠区网格导热计算程序计算了空心叶片、改型后的空心叶片和多冷气通道叶片的温度场分布，根据D-N交替法耦合计算了这些叶片温度场及其对应得流道内的流场，并分析结果验证了所编制的各个数据接口的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2气热耦合的概述

1.2.1气热耦合现状

1.2.2气热弹多场耦合问题的发展历史

1.2.3气热弹多场耦合问题的发展现状

1.3气冷涡轮的数值研究及理论发展

1.3.1气冷涡轮的数值研究

1.3.2气热耦合算法

1.3.3气热问题的模型

1.3.4应用耦合场来求解热传导问题

1.3.5气热耦合计算的研究成果

1.4多块结构化网格的发展及生成方法

1.5区域分解算法

1.6本文主要研究内容

第2章流场与叶片温度场耦合数值模型

2.1引言

2.2流场数值模型

2.2.1直角坐标系下的方程

2.2.2柱坐标系下的基本方程

2.2.3任意曲线坐标系下的粘性流体控制方程

2.2.4控制方程的离散及求解

2.2.5边界条件

2.2.6湍流模型

2.3导热微分方程在非正交曲线坐标系下的展开

2.4交替方向隐式格式

2.5本章小结

第3章空腔叶片三维温度场耦合计算

3.1引言

3.2叶型几何结构

3.3空腔叶片和流场的网格生成

3.3.1方案一网格生成

3.3.2方案二网格生成

3.3.3方案三网格生成

3.4叶片三维温度场计算

3.5叶片与流场的气热耦合计算

3.5.1方案一耦合程序框图

3.5.2方案二耦合程序框图

3.5.3方案三空腔内流场计算与耦合程序框图

3.6叶片与流场的气热耦合结果

3.7本章小结

第4章涡轮三维粘性气热耦合数值仿真

4.1引言

4.2叶型几何结构

4.3MARKII叶片冷气通道流场的计算

4.4 MARKII叶片三维温度场的计算

4.4.1 MARKII叶片网格生成

4.4.2 MARKII叶片温度场计算

4.5流场计算

4.6流场与叶片温度场耦合求解

4.6.1计算方法

4.6.2耦合结果分析

4.7本章小结

结论

参考文献

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致谢