【正文】 間隙對轉子性能的影響，并做比較。采用IGGTM/Autogrid做前處理，主要是壓縮機轉子通道的網(wǎng)格生成。在FINETM/Turbo中，對壓縮機轉 子內(nèi)部定常流場進行數(shù)值模擬。第2章 建模及網(wǎng)格劃分要對一個流場進行數(shù)值模擬，首先需對模 型網(wǎng)格劃分，為了得到足夠的計算精度，網(wǎng)格劃分必須足 夠細、節(jié)點數(shù)要足夠多。 NASA轉子37NASA轉子37，即跨聲速壓 氣機轉子，其幾何模型如圖21所示。圖21 NASA轉子37幾何模型表21 NASA轉子主要結構參數(shù)和設計參數(shù)參數(shù)數(shù)值轉子葉片數(shù)36頂端稠度展弦比輪轂比頂端間隙/mm設計轉速/(r/min)17188設計總壓比設計等熵效率設計流量/(kg/s) 網(wǎng)格的劃分 使用IGGTM/AUTOGrid生成網(wǎng)格，采用Hamp。圖22 網(wǎng)格拓撲圖根據(jù)理想網(wǎng)格質(zhì)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。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。I結構型網(wǎng) 格質(zhì)量要好。圖23 網(wǎng)格劃分圖24 網(wǎng)格質(zhì)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。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。它是從動量、質(zhì)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。、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(nèi)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。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)。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。 （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。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。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。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。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。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(nèi)各單元的初始條件。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 各塊中殘差由于各塊中流動特性 以及 網(wǎng)格質(zhì)量的不同，每一塊中 殘差的下 降幅度也會有所不同。3進出口流量收斂準則中最重要的 一個參數(shù)之一。此外，如果有大分離渦（ 尤其時進出口處），流量收 斂曲 線會發(fā)生振蕩，此時由于迭代中分離渦的位 置和 強度都會發(fā) 生變化（但這種變化近似于周期性）。 4 流場當?shù)刂涤嬎愕?斂時，流場每一點處 的參數(shù)值不應當再發(fā)生變化，或者對于有分離渦情況，渦內(nèi)某一點的參數(shù)應 當為周期性變化。 5 總體參數(shù) 對于定常計算，所有的總 體性能（扭矩、效率、推力等）都應當為恒定值，不再隨迭代步數(shù)而發(fā)生 變化。圖310 進出口質(zhì)量流量隨迭代步數(shù)變化圖第4章 計算結果分析 葉頂間隙取值本文以N ASA轉子37為研究對象，對其不同葉頂間隙情況下的流場進行數(shù)值模擬，分析不同葉頂間隙情況下間 隙流動的特性，并研究 其對壓縮機 性能及其他參數(shù)的影響。所選取的間隙分 別為1%，%，2%，%，3%。各間隙大小具體如表41。由圖可知，隨 著間隙的 增大，葉片靜 壓比下降。圖42,43分別 給出了等熵效率、 多變效率與間隙 大小的關系。表42是不同 間隙下，計算得到的壓比 與進出口質(zhì)量流量的 總結。 由表42中數(shù)據(jù)及圖44可知，在不 同間隙 下，當進口總壓不變時，壓比增 大，進出口流 量也增大。以下對這些圖 做簡要的分析：%葉高處的 各間隙（1%，%，2%，%，3%）馬赫數(shù)分 布圖。此外，葉頂間 隙增 大的同 時，激波間 斷面的 位置發(fā)生變化，尤其葉片吸入側 較為明顯，且向葉 片前緣處移動。結合圖45可見，在激波間 斷面的 左側，不同間隙 下的馬赫數(shù)隨間 隙 值的增大而增大，靜壓值也增大；在激波間斷面 的右側，不同間隙下的 馬赫數(shù) 隨間隙 值的增大而減小，靜壓值也減小。由圖可見，在激 波間斷 面處，熵增 加的程 度隨間隙值的增加而 變大。a) 1% 葉頂間隙處馬赫數(shù)分布圖b) % 葉頂間隙處馬赫數(shù)分布圖c) 2% 葉頂間隙處馬赫數(shù)分布圖d) % 葉頂間隙處馬赫數(shù)分布圖