轴流压气机跨声速三维流场数值模拟

摘要

通常，跨声速轴流压气机的叶片陂制作成扭曲的，从叶片根部到叶片尖部，不仅叶型弯角不同，而且叶片安装角也不同，因而其几何形状异常复杂，使得气流在轴流压气机内部的流动也变得非常复杂，这些内在的特点决定了在进行跨声速轴流压气机流场的数值模拟时，边界条件的给定、网格的划分方法和数值模拟格式的选用变得相当复杂。因此，建立一套能够准确分析跨声速轴流压气机流场的分析系统是当前许多叶轮机研究者竭力追求的目标。 在本文中，作者对全三维跨声速轴流压气机流场分析系统进行了基础性的研究，建立了一种全三维跨声速轴流压气机流场分析模型，通过源代码编程计算了跨声速轴流压气机内部流场。采用简单的代数法，根据相应的网格划分原则，生成适当的三维网格。以三维、定常欧拉方程为控制方程。采用时、空二阶精度的四步Runge-Kutta显式数值离散格式，用时间推进法得到方程的数值解，并引入了适合于本模型的初始条件和边界条件。考虑到激波的存在，对控制方程加入了人工粘性项。为了简化计算，采用了单叶片通道计算域。 为验证计算方法的有效性，应用本模型与方法分别求解了两个跨声速轴流压气机转子NASAROTOR37和NASA ROTOR67内部三维流场，并将计算结果与相关文献所给出的实验结果及用商业软件计算的结果进行了比较，从不同的角度揭示了跨声速轴流压气机转子内部的流动参数分布规律，并对这些流动参数的变化规律进行了分析，分析的结果表明了本文发展的跨声速轴流压气机全三维流场分析系统是可行的，它能为现代跨声速轴流压气机设计与性能分析提供基础和指导。同时，本文发展的分析系统具有结构简单、收敛速度快等优点。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2 CFD数值方法的发展

§1.3叶轮机械数值模拟的发展状况

§1.4轴流压气机工作原理及其数值模拟研究状况

§1.4.1轴流压气机工作原理

§1.4.2轴流压气机数值模拟研究状况

§1.5选题背景、目的、意义

§1.6本文的主要工作

第二章控制方程及其离散格式

§2.1控制方程

§2.2控制方程的转化

§2.3控制方程的离散

§2.4人工粘性项

第三章网格生成

§3.1引言

§3.1.1网格生成技术的发展

§3.1.2流场计算对网格的基本要求

§3.2代数法网格生成技术

§3.3本文中网格生成

第四章初、边值条件及稳定性条件

§4.1初始条件

§4.2边界条件

§4.2.1方程的特征形式

§4.2.2进口边界条件

§4.2.3出口边界条件

§4.2.4物面边界条件

§4.2.5周期性边界条件

§4.3稳定性条件及收敛标准

§4.4求解回转叶排三维流的程序框图

第五章算例与分析

§5.1跨声速轴流压气机转子算例1—NASA Rotor37的计算

§5.2跨声速轴流压气机转子算例2—NASA Rotor67的计算

§5.3应用商业软件对NASA ROTOR37计算

§5.3.1网格

§5.3.2控制方程

§5.3.3商业软件Rotor 37计算结果

结论与展望

参考文献

附录1 几何偏导数求解

附录2 计算域中方程推导

附录3 符号表

发表论文和参加科研情况说明

致谢