繞流粗糙表面二維邊界層流場的數(shù)值模擬分析.pdf

1、葉輪等關(guān)鍵零部件已廣泛應(yīng)用于航空航天、能源動力等行業(yè)部門。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在大雷諾數(shù)情況下，繞流葉片粗糙表面流動的空氣動力性能會發(fā)生一定的改變，而國內(nèi)外在此方面的相關(guān)研究工作尚少，因此研究粗糙表面對整體流動的氣動性能影響存在重要意義?；诖耍疚囊跃鶆蚺帕械木哂袌A形截面的粗糙度單元組成的粗糙表面為研究對象，分析粗糙表面對氣體流動的影響。
　　首先，針對繞流粗糙表面的流動問題采用了邊界層與無粘勢流匹配的數(shù)值模擬方法展開分析，并應(yīng)用

2、了成熟的二維湍流邊界層流動偏微分控制方程表述該流動。
　　其次，應(yīng)用改進(jìn)的Illingsworth變換將控制方程從物理平面轉(zhuǎn)換到計算平面，并采用隱式的有限差分法對轉(zhuǎn)換后的偏微分方程組進(jìn)行離散。通過Illingsworth坐標(biāo)變換，控制方程被轉(zhuǎn)換為易求解的形式。同時，在計算平面內(nèi)各向尺度被放大，與物理平面相比，沿流向，湍流邊界層厚度增長趨勢變得緩和，從而有助于提高計算精度。在數(shù)值計算中，速度、溫度等主要變量對橫坐標(biāo)的一階偏導(dǎo)采用了兩

3、點向后差分格式，其對縱坐標(biāo)的一階及二階偏導(dǎo)都采用了三點拉格朗日插值型求導(dǎo)公式，由此獲得了非線性化的代數(shù)方程組，在此基礎(chǔ)上給出了穩(wěn)定的數(shù)值求解算法。
　　再次，采用代數(shù)法生成了矩形網(wǎng)格，并編制了繞流粗糙表面的二維湍流邊界層流場的計算程序。結(jié)合二維湍流邊界層流動的特點，網(wǎng)格節(jié)點間距靠近壁面處取較小值，離壁面遠(yuǎn)處逐漸加大，既提高了計算精度，又提高了計算效率。
　　最后，利用計算程序?qū)@流粗糙表面的二維邊界層流場進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。