轉(zhuǎn)靜子交界面處理方法和湍流模型對(duì)壓氣機(jī)數(shù)值計(jì)算影響研究.pdf

1、隨著計(jì)算流體力學(xué)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的轉(zhuǎn)靜子交界面處理方法和湍流模型被應(yīng)用于葉輪機(jī)械的數(shù)值計(jì)算中，然而不同的轉(zhuǎn)靜子交界面處理方法和湍流模型對(duì)葉輪機(jī)械數(shù)值計(jì)算精度具有較大的影響。本文以NASA Stage35軸流式壓氣機(jī)為研究對(duì)象，在考查網(wǎng)格密度對(duì)計(jì)算精度影響的基礎(chǔ)上，選取合適的網(wǎng)格密度開(kāi)展了不同轉(zhuǎn)靜子交界面處理方法和湍流模型對(duì)壓氣機(jī)的數(shù)值計(jì)算影響的研究。
　　在轉(zhuǎn)靜子交界面處理方法的對(duì)比分析中，對(duì)NUMECA新推出的二維無(wú)反射處理

2、方法與常用的周向守恒型連接面和完全非匹配混合面處理方法進(jìn)行了對(duì)比，探討了三種混合平面法對(duì)NASA Stage35壓氣機(jī)數(shù)值模擬的影響，結(jié)論如下：
　?。?）對(duì)于絕熱等熵效率的預(yù)測(cè)，二維無(wú)反射相對(duì)于周向守恒型連接面和完全非匹配混合面更接近實(shí)驗(yàn)值；對(duì)于總壓比的預(yù)測(cè)，在靠近峰值效率點(diǎn)附近二維無(wú)反射預(yù)測(cè)精度高，而在失速工況附近二維無(wú)反射預(yù)測(cè)精度相對(duì)較低。
　?。?）對(duì)比靜子出口總壓、總溫、相對(duì)氣流角和相對(duì)馬赫數(shù)沿徑向分布的計(jì)算精度，

3、周向守恒型連接面和完全非匹配混合面預(yù)測(cè)效果相一致，但精度低于二維無(wú)反射計(jì)算結(jié)果。
　?。?）對(duì)于交界面兩側(cè)總溫和總壓的徑向分布預(yù)測(cè)，三種混合平面法都不能保證總壓和總溫的守恒，但是上、下游的總壓和總溫變化很小。
　?。?）通過(guò)子午面熵云圖和轉(zhuǎn)子、靜子中間截面熵值的徑向分布對(duì)比分析得到，周向守恒型連接面和完全非匹配混合面熵值變化相一致，二維無(wú)反射熵增最小，說(shuō)明二維無(wú)反射預(yù)測(cè)NASA Stage35壓氣機(jī)帶來(lái)的損失小。
　　

4、（5）通過(guò)葉根、葉中以及葉尖截面的相對(duì)馬赫數(shù)云圖對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在葉根和葉中截面上，三種方法精度一致；但在葉尖截面上，周向守恒型連接面預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)子葉片吸力面氣流分離更明顯，完全非匹配混合面在下游靜子通道內(nèi)相對(duì)馬赫數(shù)等值線更密集。
　　在湍流模型對(duì)壓氣機(jī)的數(shù)值計(jì)算影響方面，研究了 Baldwin-Lomax、Spalart-Allmaras、K-epsilon(Extend Wall Function)、K-epsilon(Low Re

5、 Yang-Shih)、Shear Stress Transport(SST)和EARSM六種湍流模型對(duì)NASA Stage35壓氣機(jī)數(shù)值模擬的影響，結(jié)論如下：
　?。?）通過(guò)阻塞點(diǎn)、峰值效率點(diǎn)、失速點(diǎn)三種典型工況下的流量、總壓比和絕熱等熵效率計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可知，不同工況下各個(gè)湍流模型預(yù)測(cè)精度不同，無(wú)法確定NASA Stage35壓氣機(jī)數(shù)值模擬的最佳湍流模型。
　　（2）從阻塞點(diǎn)到失速點(diǎn)的多工況計(jì)算結(jié)果表明，Spalar

6、t-Allmaras模型和SST模型計(jì)算精度相對(duì)較好。
　?。?）通過(guò)對(duì)阻塞點(diǎn)、峰值效率點(diǎn)、失速點(diǎn)三種典型工況下徑向性能參數(shù)分析可知，SST模型計(jì)算精度總體上好于Spalart-Allmaras模型。
　　（4）通過(guò)對(duì)近失速工況下0.99葉高處相對(duì)馬赫數(shù)云圖對(duì)比分析可知， Baldwin-Lomax模型預(yù)測(cè)的激波強(qiáng)度最強(qiáng)，K-epsilon模型預(yù)測(cè)激波強(qiáng)度較弱；六種湍流模型在轉(zhuǎn)子近壓力側(cè)和靠近轉(zhuǎn)子、靜子尾緣處都出現(xiàn)了低能區(qū)，