【文章內容簡介】 Grid生成網(wǎng)格，采用Hamp。I結構 型網(wǎng)格，設置通道展向61個網(wǎng)格，周向49個網(wǎng)格，葉片前緣至 后緣65個網(wǎng)格、進口延伸段29個網(wǎng)格、出口延伸段61個網(wǎng)格，其網(wǎng)格拓撲圖如圖22。圖22 網(wǎng)格拓撲圖根據(jù)理想網(wǎng)格質量的要求：多重網(wǎng)格的層數(shù)一般推薦I/J/K方向最小的 層數(shù)不小于2；最終生成的網(wǎng)格不能 存在負網(wǎng)格；原則上，最小正交性角度越 大越好，最大網(wǎng)格長寬 比越接近1越好，最 大網(wǎng)格延展比越接近于1越好。當實 際中，很難達到三者兼 得的網(wǎng)格質量。所以一般要求：最小網(wǎng)格正交性角度≥10；最大網(wǎng)格長寬比5000；最大網(wǎng)格延展比10。因網(wǎng)格質量不能滿足要求，故采用H OH網(wǎng) 格對網(wǎng)格重 新進行劃分，它的網(wǎng)格質量較Hamp。I結構型網(wǎng) 格質量要好。其網(wǎng)格劃分如圖23，其網(wǎng)格質量檢測結果及具體 細節(jié)如圖24，25，26，27。圖23 網(wǎng)格劃分圖24 網(wǎng)格質量檢測圖25 網(wǎng)格拓撲圖圖26 前緣網(wǎng)格圖a. 葉根網(wǎng)格圖b. 葉頂網(wǎng)格圖圖27 葉根，葉頂?shù)木W(wǎng)格圖43第3章 數(shù)值計算和邊界條件設定流場數(shù)值模擬 數(shù)學模型 包括 流體力學基本方程和用于理論研究的簡化模型方程，它們是數(shù)值計算的理論基礎。其 基本出發(fā)點：質量守恒，能量守恒和動量守恒定律。本文研究壓縮機轉子葉 頂間隙處 流場，其流體為空氣，選用完全氣體，其具體參數(shù)如圖31所示。圖31 工質 控制方程及湍流模型Navier Stokes（納維－斯托克斯）方程 是流體力學中描述 粘性牛頓流體的方程，是目前為止尚未被完全解決的方程。它是從動量、質量、能量守恒的基本原理導出的，認為流體是連續(xù)的，且所有涉 及到的 場（密度、速度、壓強、溫度等）都是可微的。具體方程組如下：連續(xù)方程： （31）運動方程： （32）能量方程： （33）它可以轉化 成守恒 形式在三維 直角坐標 系下，守恒型 方程組為： （34）其中Ev、Fv、Gv為 黏性流 項，E、F、G為無黏 流項。、E、F、G等為五維矢量，表達式為τij（i，j=x，y，z）為 黏性應 力張量，e為內能，在直角坐標系下，表達式為： 由于方程組不封閉，還需補充數(shù)學關系式。第一， 狀態(tài)方程：e=e(ρ，T)。對于完全氣體1有：第二， 物性系數(shù)與 狀態(tài)參數(shù) 的關系式：k=k(ρ，T)和μ=μ(ρ，T)。基于層流流動，k和Μ常采用Sutherland公式確定。目前工程實際中大都采用雷諾平均NavierStokes方程方法即RANS（ReynoldsAveraged NavierStokes）方法 進行流場計算。本文計算的流場為定常流場，也即公式(31)、(32)、(33)中的時間項在數(shù)值計算時為零。本 文采用了BaldwinLomax湍流模型對相對坐標 系下的三維雷諾平均NavierStokes方程(Re=7298000)進行 求解，采用顯示四階RungeKutta法 時間推進 法獲得定常解。BaldwinLomax湍流模型具體計算方式如下：湍流黏性系數(shù)μt表示為 （35）Ycross為內外層黏性系數(shù)計算公 式所計算 出的黏 性系數(shù)相同點所對應的y的最小值。 （36）其中： ， （37） （38）其中： （39） （310）Fmax為F(y) 最大值，對應于該值的y為ymax。 （311） （312）對于 附面 層流動， =0，所以有： A+=26，Ccp=，Ckleb=，Cwk=，k=，K= （313） 邊界條件設定及初始解邊界條件與初 始條件 設定 是控制 方 程有唯一解的前提 條件。初始條件是所研究對象在過程開始時刻 各個求解變量的 空間分布情 況，對于穩(wěn) 態(tài)問題，可以不 用給 定，瞬態(tài)問題，則必須 給定初始條件。邊界條件 是在求解 區(qū) 域的邊界上所求解的變量或其導數(shù)隨地點 和 時間的 變化規(guī)律。對于邊界條件與 初始條件的處理，將 直接影 響計算結果的精度。. 邊界條件1 進口邊界本文模擬的轉子為亞音速流動，故邊界條件給定為平均總壓和總溫，并認為氣流方向為軸向進氣，其總壓為101325Pa。圖32 進口邊界條件2 出口邊界因為本文進口為亞音速流動，其出口 邊界需給定平 均半徑處的靜壓。如果局部變成超音速，則需根據(jù)前面來 流條件外推出口邊界條件。本文為亞音速流動，故采用徑向平衡方程計算沿徑向的靜壓分布，其靜壓值為90000Pa ， ，具體 如圖33。圖33 出口邊界條件3 固壁邊界本文設定固壁 邊界 條件為絕熱，葉片 轉速為17188r/min，葉 頂轉 速為0，葉根轉速也為17188r/min，其他參數(shù)為Rmin=，Rmax=；Zmin=，Zm ax=），具體如圖34，35，36所示。圖34 葉根處的邊界條件圖35 葉頂處的邊界條件圖36 葉片處的邊界條件4 周期性條件無特殊要求采用默認設置。圖37 周期性條件 初始條件除了要在計算開始 之前初始化相關 的數(shù)據(jù)外，不需要其 他特殊處理。給定初始條件時要注意的 是：初始條件一定是物理上合理的；要針對所有計算變量，給定整個計算域內各單元的初始條件。本文做如圖38處理。圖38 初場設定 收斂準則1 全局殘差全局殘差下降三個量級或以上，如圖39圖39 全局殘差2 各塊中殘差由