压缩机叶栅湍流数值模拟的研究

压缩机叶栅湍流数值模拟的研究

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。

论文目录

  • ABSTRACT
  • 摘要
  • DEDICATION
  • ACKNOWLEDGMENTS
  • TABLE OF CONTENTS
  • LIST OF FIGURES
  • LIST OF TABLE
  • NOMENCLATURE
  • CHAPTER 1: INTRODUCTION
  • 1.1 Introduction
  • 1.2 Turbulent Flow and Turbulence Modeling
  • 1.3 Physics of Separated Flow
  • 1.4 Relevant Past Studies
  • 1.5 Experimental Test Case for Validation
  • 1.6 Objectives of the present study
  • 1.7 Organization of the Thesis
  • CHAPTER 2: THE GOVERNING EQUATIONS
  • 2.1 Introduction
  • 2.2 Instantaneous Mass and Momentum Conservation Equations
  • 2.3 Averaged Mass and Momentum Conservation Equations
  • 2.3.1 Averaging Procedure
  • 2.4 Turbulence Modeling
  • 2.4.1 Standard k-ε Model
  • 2.4.2 Standard k-ω Model
  • 2.4.3 Shear Stress Transport Model
  • 2.5 Near Wall Treatment
  • 2.6 Comparison of Different Turbulence Models
  • CHAPTER 3: COMPUTATIONAL METHODOLOGY
  • 3.1 Introduction
  • 3.2 Essential Steps in a CFD Analysis
  • 3.2.1 Problem Formulation
  • 3.2.2 Mesh Generation
  • 3.2.3 Flow Specification
  • 3.2.4 Calculation of the Numerical Solution
  • 3.2.5 Analysis of Results
  • 3.3 Description of the Numerical Domain
  • 3.3.1 Geometry Description
  • 3.3.2 Mesh Generation
  • 3.4 Solver Overview
  • 3.5 Defining the Boundary Conditions
  • 3.5.1 Inlet
  • 3.5.2 Other
  • 3.6 Convergence Criterion
  • CHAPTER 4: NUMERICAL RESULTS AND DISCUSSION
  • 4.3 Static Pressure along the Blade Surface
  • 4.1.1 Static Pressure Coefficient Distribution
  • 4.1.2 Grid Independence
  • 4.2 Boundary Layer Development
  • 4.2.1 Comparing Velocities on the Blade
  • 4.2.1.1 Blade Suction Side
  • 4.2.1.2 Blade Pressure Side
  • 4.2.2 Blade Wake Velocities
  • 4.3 Turbulence Level
  • 4.4 Three-dimensional Flow Structure
  • 4.4.1 Computational Grid
  • 4.4.2 Static Pressure Coefficient Distribution
  • CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
  • 5.1 Concluding Remark
  • 5.2 Recommendations for Future Work
  • APPENDIX A- FUNDAMENTALS OF CASCADE AERODYNAMICS
  • APPENDIX B - FURTHER RESULTS
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