三维叶轮机CFD和三种湍流模型的程序发展研究

admin · 发表于昨天 15:27

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叶轮机械作为流体力学的重要研究领域，对其内部流动的复杂性研究一直推动着计算流体力学不断向前发展。叶轮机械计算流体力学已成为叶轮机设计技术发展不可估量的强大工具。本文发展了一套具有较高通用性和可扩展性的CFD解算器框架，可以处理二维/三维、无粘/有粘、静止坐标系/旋转坐标系下复杂流场的定常流动。程序基于有限体积方法，可以采用Roe格式和AUSMD/V格式来求解对流数值通量；时间推进方法采用多步Runge-Kutta方法并辅以多种加速收敛技术；程序集成有三种湍流模型：Baldwin-Lomax（B-L）代数模型，Spalart-Allmaras（S-A）一方程模型以及K-Omega两方程模型。在程序发展过程中，通过一系列有针对性的算例检验了程序的数值精度以及数值模拟的稳定性。研究对比了B-L代数模型，S-A一方程模型以及K-Omega两方程模型的使用特性和模拟性能。包括三个湍流模型的模拟精度受网格质量的影响程度，以及它们对于零压力梯度、中等逆压梯度以及强逆压梯度流场的模拟精度。另外，本文还研究了S-A模型和K-Omega模型的初场启动题目。使用S-A湍流模型，采用Roe格式离散对流通量，对某双级风扇第二级静子流场和不带叶尖间隙的NASA 37高负荷转子流场进行数值模拟研究，并分别将两个算例的计算结果与NUMECA计算结果和实验结果进行了对比。通过的流场总参数、流场细节和各参数沿展向的分布的详细对比，初步验证了程序的在叶轮机械模拟中的精度和可靠性。

三维叶轮机CFD和三种湍流模型的程序发展研究

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