【正文】 第1章 緒論 1 研究背景及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1 國外研究現(xiàn)狀 2 發(fā)展趨勢 3 NUMECA軟件介紹 4 本文研究方案 5 主要研究內(nèi)容 5第2章 建模及網(wǎng)格劃分 7 NASA轉(zhuǎn)子37 7 網(wǎng)格的劃分 8第3章 數(shù)值計(jì)算和邊界條件設(shè)定 12 控制方程及湍流模型 12 邊界條件設(shè)定及初始解 15 邊界條件 15 初始條件 18 收斂準(zhǔn)則 19第4章 計(jì)算結(jié)果分析 21 葉頂間隙取值 21 計(jì)算結(jié)果分析 21第5章 總結(jié)與展望 40 總結(jié) 40 展望 40參考文獻(xiàn) 41致謝 43浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文1第1章 緒論 研究背景及意義壓縮機(jī)動(dòng)葉的頂端存在葉頂間隙。由于葉片吸入側(cè)（SS）和壓力側(cè)（PS）之間存在壓力差，因而在該間隙處會(huì)產(chǎn)生從PS到SS的流體流動(dòng)。對(duì)這種流動(dòng)的研究一直都是壓縮機(jī)流動(dòng)研究領(lǐng)域的熱門話題之一。它不 僅避免了實(shí)驗(yàn)測量產(chǎn)生的 誤差，還能節(jié)省高昂的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開 支，并詳細(xì)清 楚 地顯示了壓縮機(jī)流場的復(fù) 雜變化情況，為壓縮機(jī)定常非定 常流動(dòng) 研究提供了充分的數(shù) 據(jù)支持。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀早些年就有很多人進(jìn)行過壓縮機(jī)葉頂間隙流動(dòng)動(dòng)的研 究。為了研究葉頂間隙對(duì)壓縮機(jī)性能影響，劉長 勝等人 對(duì)兩個(gè) 不同 半開式離心壓縮機(jī)葉輪不同葉頂間隙條件下的三維粘性流場進(jìn)行了 分析 。馬文 生等人的相關(guān)研究結(jié)果則表明，由于葉 片壓力側(cè)和吸入側(cè)存在壓差，流體穿過葉 頂間隙形成泄露流動(dòng)，并在通道內(nèi)形成漩渦流動(dòng)，與主流流體 相互影響從而導(dǎo) 致熵的增加，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的效率[2]。此外，他們還對(duì)該壓縮機(jī)中間三排 葉片進(jìn)行了定常 與非定常數(shù)值模擬，分析 在不 同的靜葉氣封間隙和動(dòng)葉葉頂間隙組合 下壓縮機(jī)的流動(dòng)特性，也取得了一定的成果[4]。其數(shù)值計(jì)算結(jié)果與 實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果對(duì)比分析證明了程序能夠準(zhǔn)確地預(yù)測孤立轉(zhuǎn)子的總性能和基 元性能[5]。張燕峰針 、楚武利和吳艷輝對(duì)葉尖率先出現(xiàn)失速信號(hào)的一亞音速軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子作了數(shù)值模 擬。 國外研究現(xiàn)狀隨著CFD軟件及其他各類技 術(shù) 的發(fā)展 完善，許 多 國外的研究者也取 得不少 舉世矚目的成果。Rains提出無論實(shí)驗(yàn)研究或者 理論研究，深入了解葉頂 間隙流動(dòng)就應(yīng)該關(guān)注其引起的損失。隨時(shí)代的變化，葉頂間隙流動(dòng)的 測量也更加簡單、精確。對(duì)26%的葉片高度處進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)解釋 了葉片頂端區(qū)域流動(dòng)的復(fù)雜性，其中包含了葉頂泄露流、葉片 尾跡和環(huán)壁邊界層的干擾[8]。渦破碎導(dǎo)致低能流體在外壁處大量聚集，從而造 成了外壁 邊界層嚴(yán)重堵塞。當(dāng)質(zhì)量流量進(jìn)一步 減少時(shí)，流體在該區(qū)域迅速積聚并向上游移去。此外，還發(fā)現(xiàn)即使在近失速狀態(tài)，葉頂泄露流也會(huì)對(duì) 吸入側(cè)邊界層的發(fā)展產(chǎn)生影響[9]。并對(duì) 轉(zhuǎn)子葉片中截面及葉頂?shù)葞讉€(gè)展向進(jìn)行討論。其中，葉片中截面的流場是通過取穩(wěn)定極限附近的一個(gè)工作點(diǎn)和設(shè) 計(jì)工作點(diǎn)來觀察葉柵的干擾過程。Chunill等人對(duì) 動(dòng)葉葉頂 間隙處的 漩 渦脫落及 其造成的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行了研究[12]。nzelmann等人則對(duì)多極軸流 式壓縮 機(jī)的 定常非定常 研究進(jìn) 行了綜述[13]。其切向，徑向和軸向相對(duì)速度分量，以及停滯壓力和靜態(tài)壓力，均有兩個(gè)軸向 位置，一個(gè)在轉(zhuǎn)子下游，另一個(gè)在轉(zhuǎn)子后緣。這些數(shù)據(jù)體現(xiàn)出葉尖區(qū)域復(fù)雜流動(dòng)，受到了環(huán)壁邊界層，葉片尾跡和葉尖泄漏流的影響。 發(fā)展趨勢 作為目前領(lǐng)域內(nèi)的前沿?zé)狳c(diǎn) 研究領(lǐng)域之一，世界國家 一直沒有 間 斷過流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)細(xì)節(jié)及流 動(dòng)機(jī)理方面的試驗(yàn)研究 工作，同時(shí)，這是一項(xiàng) 巨大而 艱苦的工作，需要多方面合 作進(jìn)行。用于壓氣 機(jī)動(dòng)靜相干 非定常流場和管 道內(nèi)橫向射流 的研究的研究的粒子圖像 速度場儀技 術(shù)（ PIV）；用于風(fēng)機(jī)葉輪流場測試等研究的激光多 普 勒測速技 術(shù)（LD V）；）用于離心壓縮機(jī)擴(kuò)壓器流場測試研究及湍流邊界層的減阻控 制研究[15]的熱線風(fēng)速 儀技術(shù)（HWA。但是，目前仍存在一些問題有待進(jìn)一步解決例如：計(jì)算所需的時(shí)間和計(jì)算資源；由于問題的復(fù) 雜性，關(guān)于結(jié)合動(dòng)葉葉頂間隙和靜葉氣封的流動(dòng)目前尚未有完整的介紹[3]。在流體 力學(xué)領(lǐng)域里，理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值 模擬三者互 相 促進(jìn)，任何一種 研究方法都不可偏廢。 NUMECA軟件介紹NUMECA是NUMECA公司的 軟件－FINE系列 軟件，她 是目前國際上最優(yōu)秀的軟件，她采用了近幾年研發(fā)出的最先進(jìn)技術(shù)，因此，無論在計(jì)算速度、 計(jì)算精度、所需計(jì)算機(jī)內(nèi)存、使用方便程度、界面友好程度等方面都優(yōu)于其他軟件（如：Fluent 和StarCD等）。其CFD軟件包包括分析軟 件和設(shè) 計(jì)軟件兩大類。FINE/TURBO用于內(nèi)部 流動(dòng)，F(xiàn)INE/AERO用于 外 部繞流，F(xiàn)INE/HEX A可用內(nèi)部或外部流動(dòng)，但為非結(jié)構(gòu)自 適應(yīng)網(wǎng)格。FINE/TURBO，可用于任何 可壓或不可壓、定 ?；蚍嵌ǔ?、二維或 三維的粘性或無粘內(nèi)部流動(dòng)的數(shù) 值模擬。單級(jí)或多級(jí)，或整機(jī)，或任何其他內(nèi)部流動(dòng)：塔體，換熱器，分離器，管道，渦殼，閥門，密封等）流動(dòng)，和各種外部繞流（包括各種水下載運(yùn)器，飛行器等）的數(shù)值模擬?？缮扇魏螏缀涡螤畹亩鄩K結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。生成網(wǎng)格的速度及質(zhì)量均遠(yuǎn)高于其它軟件。IGG/AUTOGRID：自動(dòng)網(wǎng)格生成器。該軟件已經(jīng)被國際工業(yè)部門認(rèn)為是用于葉輪機(jī)械(航空發(fā)動(dòng)機(jī)，汽輪機(jī)，水輪機(jī)，船舶推進(jìn)器，泵，壓縮機(jī)等)最好、最方便及網(wǎng)格質(zhì)量最好的網(wǎng)格生成軟件。EURANUS：求解器。采用多重網(wǎng)格加速技術(shù)；全二階精度的差分格式；基于MPI平臺(tái)的并型處理；可求解任何二維、三維、定常/非定常、可壓/不可壓，單級(jí)或多級(jí)，或整個(gè)機(jī)器的粘性/無粘流動(dòng)。其多級(jí)（10級(jí)以上）求解性能良好?？勺鋈魏味ㄐ曰蚨康氖噶繕?biāo)量的顯示圖。該軟件已經(jīng)被國際工業(yè)部門認(rèn)為是用于葉輪機(jī)械(航空發(fā)動(dòng)機(jī)，汽輪機(jī)，水輪機(jī)，船舶推進(jìn)器，泵，壓縮機(jī)等)和帶翼武器最好的后處理軟件。運(yùn)用CFD軟件包FINE系列軟件—FINE/TURBO，對(duì)轉(zhuǎn)子內(nèi)部流場進(jìn)行研究。網(wǎng)格 質(zhì)量的好壞，對(duì)于計(jì)算的精度、時(shí)間、收斂性等都有顯著地影響。分析計(jì)算所得結(jié)果 ，并使用CF ViewTM獲得參數(shù)云圖，比較分析葉頂間隙對(duì)壓縮機(jī)流場的影響，并分析產(chǎn)生 影響的原因。在葉頂間隙兩 側(cè) 的壓差作用下，部分流體穿過葉頂間隙形成的間 隙 泄漏流， 它嚴(yán)重影 響了壓縮機(jī)性能和穩(wěn)定性。利用NUMECA軟件對(duì)NASA轉(zhuǎn)子37定常條件 下不同間隙的葉頂間隙流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，從而分析同