论文摘要
压缩机广泛应用于能源动力、航空航天、制冷工程等领域。研究压缩机叶栅内部复杂的湍流流动,对改进性能、提高效率、降低成本具有重要的理论意义和工程应用价值。 压缩机叶栅内流场十分复杂,观察和研究极其困难。本论文采用混合网格和有限体方法,求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,应用三种湍流模型,即标准的k-ε模型,k-ω模型,SST模型,对三个攻角(+5.0°、-1.5°、-8.5°)下的双圆弧叶片的轴流式压缩机叶栅进行了湍流数值模拟。将模拟结果与实验结果对比分析,探讨适合压缩机叶栅流动模拟计算的湍流模型,给出轴流式压缩机叶栅正确的流动结构。 研究结果表明,SST模型,模拟计算的静压系数、速度场、湍流度与实验结果接近,吻合得很好;k-ω模型次之;标准的k-ε模型,在模拟计算分离区的流动结构时,有较大的误差。
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ABSTRACT摘要DEDICATIONACKNOWLEDGMENTSTABLE OF CONTENTSLIST OF FIGURESLIST OF TABLENOMENCLATURECHAPTER 1: INTRODUCTION1.1 Introduction1.2 Turbulent Flow and Turbulence Modeling1.3 Physics of Separated Flow1.4 Relevant Past Studies1.5 Experimental Test Case for Validation1.6 Objectives of the present study1.7 Organization of the ThesisCHAPTER 2: THE GOVERNING EQUATIONS2.1 Introduction2.2 Instantaneous Mass and Momentum Conservation Equations2.3 Averaged Mass and Momentum Conservation Equations2.3.1 Averaging Procedure2.4 Turbulence Modeling2.4.1 Standard k-ε Model2.4.2 Standard k-ω Model2.4.3 Shear Stress Transport Model2.5 Near Wall Treatment2.6 Comparison of Different Turbulence ModelsCHAPTER 3: COMPUTATIONAL METHODOLOGY3.1 Introduction3.2 Essential Steps in a CFD Analysis3.2.1 Problem Formulation3.2.2 Mesh Generation3.2.3 Flow Specification3.2.4 Calculation of the Numerical Solution3.2.5 Analysis of Results3.3 Description of the Numerical Domain3.3.1 Geometry Description3.3.2 Mesh Generation3.4 Solver Overview3.5 Defining the Boundary Conditions3.5.1 Inlet3.5.2 Other3.6 Convergence CriterionCHAPTER 4: NUMERICAL RESULTS AND DISCUSSION4.3 Static Pressure along the Blade Surface4.1.1 Static Pressure Coefficient Distribution4.1.2 Grid Independence4.2 Boundary Layer Development4.2.1 Comparing Velocities on the Blade4.2.1.1 Blade Suction Side4.2.1.2 Blade Pressure Side4.2.2 Blade Wake Velocities4.3 Turbulence Level4.4 Three-dimensional Flow Structure4.4.1 Computational Grid4.4.2 Static Pressure Coefficient DistributionCHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS5.1 Concluding Remark5.2 Recommendations for Future WorkAPPENDIX A- FUNDAMENTALS OF CASCADE AERODYNAMICSAPPENDIX B - FURTHER RESULTS
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