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1、第22卷第1期航空學(xué)報(bào)Vol.22No.12001年1月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJan.2001文章編號(hào):1000-6893(2001)01-0010-05葉輪機(jī)三維非定常流動(dòng)數(shù)值模擬的研究鄒正平,徐力平(北京航空航天大學(xué)404教研室,北京100083)NUMERICALSTUDYOFTHE3-DUNSTEADYFLOWINTURBOMACHINERYSTAGESZOUZheng-ping,XULi-ping(Faculty404,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing1
2、00083,China)摘要:利用數(shù)值模擬手段對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部非定常流場(chǎng)進(jìn)行了初步研究,在數(shù)值模擬中引進(jìn)了雙重時(shí)間步方法。研究和討論了物理時(shí)間步長及網(wǎng)格尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,給出了葉輪機(jī)通道中非定常流動(dòng)的部分流動(dòng)圖畫,并對(duì)非定常流場(chǎng)進(jìn)行了初步的分析。關(guān)鍵詞:雙重時(shí)間步方法;非定常流動(dòng);葉輪機(jī)械中圖分類號(hào):V231.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAbstract:Theapplicationoftheimplicitdualtimestepapproachtothepredictionofthree-dimensionalunsteadyflowthroughthestageofcompressoris
3、presented,andtheeffectsofmeshdensityandrealtimesteponthesimulatedresultsareinvestigated.Thenumericalresultsshowthattheeffectofmeshdensityandrealtimestepislarger,andtherearecomplexunsteadyflowstructuresinthebladepassages.Keywords:dualtimestepapproach;unsteadyflow;turbomachinery葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)是工程實(shí)踐中的最復(fù)雜
4、流1數(shù)值方法動(dòng)之一。它本質(zhì)上是三維非定常復(fù)雜流動(dòng);不僅邊界層流動(dòng)具有三維性,存在層流區(qū)、轉(zhuǎn)捩區(qū)、湍流本文工作是在原有Denton三維粘性定常程[13]區(qū)以及激波與邊界層干涉、流動(dòng)分離等現(xiàn)象;主流序基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,隱式雙重時(shí)間步方法的亦為旋渦流動(dòng)(如泄漏渦、馬蹄渦、通道渦、刮削渦主要思想是:在控制方程中引入虛擬時(shí)間項(xiàng),在計(jì)以及尾跡渦等各種渦系)所控制,以三維剪切流動(dòng)算中物理時(shí)間步迭代求真實(shí)解,而每一物理時(shí)間為主要特征;同時(shí)還存在動(dòng)靜干涉等非定常作用。步內(nèi),則利用虛擬時(shí)間步迭代直至收斂。近年的研究表明,非定常的流動(dòng)特性有可能對(duì)系絕對(duì)柱坐標(biāo)系下三維N-S方程的積分形式[1～4]統(tǒng)性能產(chǎn)生
5、較大的影響。其中非定常流動(dòng)不可寫為[5]僅會(huì)給系統(tǒng)帶來不利的影響,也具有改善系統(tǒng)QdV+{Fnx+(G-Qvmg)nq+性能的潛力[6]。非定常流動(dòng)的研究,不但可以幫助tvA人們了解流動(dòng)的規(guī)律,更重要的是為人們的設(shè)計(jì)Hnr}dA=(Si+Sv)dV(1)[7]v提供指導(dǎo),如Clocking等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和利用。隱式雙重時(shí)間步方法即在方程(1)中引入虛數(shù)值模擬作為非定常流動(dòng)研究的重要手段之?dāng)M時(shí)間項(xiàng),如式(2)所示一,近年來得到長足發(fā)展。目前人們已經(jīng)可以對(duì)葉[8～11]輪機(jī)非定常流場(chǎng)進(jìn)行三維粘性數(shù)值模擬,然QdV+QdV+{Fnx+vtvA而,有些問題還
6、需進(jìn)一步解決,計(jì)算所需時(shí)間和對(duì)(G-Qvmg)nq+Hnr}dA=(Si+Sv)dV計(jì)算資源的需求過大就是其中之一。Jameson于v90年代發(fā)展了隱式雙重時(shí)間步方法(Implicit(2)dualtimestepapproach),使得計(jì)算速度大大加在求解中,時(shí)間方向上對(duì)虛擬時(shí)間步迭代求[12]快。本文將隱式雙重時(shí)間步方法應(yīng)用到葉輪機(jī)解至非定常源項(xiàng)為零,則方程(2)為一非定常精確非定常流場(chǎng)的計(jì)算中,研究了網(wǎng)格密度和物理時(shí)[11]方程,其解為非定常流動(dòng)解。間步長對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,并對(duì)葉輪機(jī)內(nèi)部非定2邊界處理常流場(chǎng)進(jìn)行了初步的研究和探索。采用簡化方法,即保證葉片堵塞一致,按一定收
7、稿日期:1999-04-19;修訂日期:2000-01-21文章網(wǎng)址:http://www.hkxb.net.cn/hkxb/2001/01/0010/[15,16]比例縮放葉片,如Dawes等。Arnone和第1期鄒正平等:葉輪機(jī)三維非定常流動(dòng)數(shù)值模擬的研究11Pacciani曾應(yīng)用二維N-S方程對(duì)一級(jí)渦輪進(jìn)行計(jì)表1迭代步數(shù)比較算[17],他們根據(jù)準(zhǔn)確的柵距比將通道數(shù)目近似為Table1Comparisonofsteps不同的整數(shù),結(jié)果表明葉片的柵距調(diào)整
