基于时域方法的非定常流-热耦合数值模拟研究

摘要

为研究基于时间推进的非定常流-热耦合数值模拟方法在具有时间周期性特征的物理问题中的适用性,利用课题组HGFS程序平台完成了平板对流换热以及带有周期性热斑的空心钝头叶片等算例的数值模拟,并在时域和频域范畴对非定常计算结果进行了深入分析,得到的主要结论如下:平板对流换热的数值模拟结果表明,流体域热对流的时间尺度为10^-3 s量级,而固体域热传导的时间尺度为秒的量级,时间尺度的差异可能会导致计算量急剧增加,甚至使基于时间推进的计算方法失效;对简化涡轮叶片的非定常计算表明,热斑的扫过频率增加到原来的5倍时,叶片内部温度波的一阶幅值减小为原来的50.4%,由0.343 K减小到0.173 K,而渗透深度减小为原来的42.8%,由5.21 mm减小到2.23 mm,频率的增加会使温度波动幅值和渗透深度显著降低。