湍流模型对涡轮数值模拟的影响.pdf

中国翻翟热物理学会 热机气功热力学 学术会议论文 编I=}：062054 湍流模型对涡轮数值模拟的影响六 黄玉娟1。李晓东’陈江1 (1．北京航空航天大学能源与动力1=程学院北京100083) (2．沈阳航空发动机设计研究所沈阳ii0015)． 摘要：以带试验结果的NASA单级跨音涡轮为研究对象，对NUMECA商业软件中的刖种湍流模型存相M 嘲格条件下边行三维、定常、粘性数值模拟，模拟结果与相应的试验数据对比，分析各湍流模型对涡 轮流场数值模拟结果的影响，同时对其中三种湍流模型在不同叶尖间隙时的模拟结果对比分析，得j1{ 不同湍流模型对涡轮数值模拟适用性及精度的评估性结论。 关键词：叶轮机，涡轮，数值模拟，湍流模型 1引言 随着汁算机技术的迅猛发展和计算流体力学(CFD)软什的日益完善，使人们可对 叶轮机内部的复杂流动进行定性、定量的数值计算，叶轮机设计领域的CFD数值模拟所 设计中作为检验设计效果的分析工具获得大量应用。人们对CFD软件的日益依赖使CFD 软件本身的计算精度、稳定性等问题日益凸现，数值模拟的可信度、数值计算的不确定 性、计算结果的验证与确认等问题促使人们研究CFD软件数值模拟结果的可靠性问题…， 议题之一是湍流模型对叶轮机数值模拟的影响。 湍流模型是CFD软件数值模拟核心，CFD软件都配有各种层次的湍流模型，包括代数 模型、一方程模型、二方程模型、湍虑力模型等坦1。出丁叶轮机内部二维有粘流动的复 杂性，目前没有一个普适的湍流模型。文献m“1对湍流模型在翼型等外流数值模拟中的 影响进行了深入的研究，文献晡“‘对湍流模型在叶轮机内流数值模拟中的影响进行了分 析评述。 本文以NASA路易斯研究中心设计、试验的一单级跨音速涡轮…为研究对象，对NUMECA 软件旧’中的几个常JH』湍流模型对涡轮数值模拟计算结果的影响展开研究。研究湍流模型 Re Wall Yang-Shih)年ttk-￡(Extended 动设计中的适川性及精度给出评估性结论。 ． 2研究对象与数值方法 NASA路易斯研究中心设计的、带有试验结果的跨音速涡轮是实心、无冷却、单级涡 轮，其静子叶片数36，转子叶片数64。设计、试验的标准状态参数为：比热比k=I．398， ‘ ·· 8081rpm，通过改变出口静压米调整工况，获取：{F设计点工况性能。 木航窄基础科学幕金(05C51030)资助项目 195 采川CFD商业软什NUMECA进行单级跨音涡轮数值模拟。计算控制方程组为二三维、 定常、管诺平均N—S方程组，空间离散采用中心筹分格式，添加二阶、四阶混合人-T粘 性项进行数值稳定，时间导数由四阶Runge-Kutta方法迭代求解，采用多重网格、变时 问步长以及残差光顺方法加速收敛。 Re Spalart—A1lmaras模型(S—A)、两方程k—e(Low ￡(ExtendedWall Fuction)模型(H-k-￡)。 计算边界条件设置：进口总温、总压、进口气流角，出口静压。初值条件：均匀流 场。为避免边界条件对计算结果的影响，除了变工况计算外，各计算边界条件不变，通 过计算结果对比，分析不同湍流模型对涡轮流场数值模拟结果的影响。 静子叶片为HO型网格，转子叶片采用OI型网格。叶尖间隙网格采用蝶形网格。网格生 成过程中，根据不同湍流模型对Y+值的要求不同，调整第一层网格离固体壁面的距离。 用IGG软件将前面生成的单个叶片网格组合连接，并完成几何边界条件的设置。具体计 算网格参