水力机械流动的数值计算

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随着计算机和计算技术的发展,转轮中全三维流动热浪分析法不断出现。一种是采用有限元法解三维拉普拉斯方程,给定上游环量,下游环量待定;另一种是采用了非线性边界元法,考虑旋转和叶片不均匀荷载所产生的涡流,边界元法具有降维特点,内存较少,计算速度较快。

对于叶轮三维粘性流场计算,有直接解平均的N-S方程和势流与边界层迭代两种算法。直接解平均N-S方程,工作量大,势流边界层迭代法比较实用和经济可行。近年对三维边界层计算,着重在分离流。流体机械中分离现象很普遍,在叶轮叶片角变化时,流动参数受分离条件控制,当给定压力梯度时,边界层方程在分离点处是奇点,D.Catherall首次提出边界层反解法,解决了奇点问题,直到1981年,J.Cousteix提出三维分离流,奇点可能存在,并将反解法用于三维边界层计算。在三维边界层分离流的计算中考虑了叶轮叶片表面曲率的影响,反映三维的各向异性涡粘性模拟,给出了反解法中边界条件的一般表达式。计算结果表明:分离流的存在对叶轮流场的影响很大。计算采用了边界层曲线(面)坐标,对三维流叶栅流道采用流面坐标,并沿边界厚度方向进行变换参数,使变量梯度大为减小。