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高速旋转状态下间隙流动对主流影响的数值模拟和机理研究

The Numerical Simulation and Mechanism Research for the Influence of Tip-Clearance Flow on the Main Flow inside Duct Under the High Rotational Speed Operation

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【作者】 王涛周连第

【Author】 Wang Tao Zhou Lian-di (Beijing University of Aeronautics and Astronautics. Beijing 100083,China; China Ship Scientific Research Center, Shanghai 200011,China)

【机构】 北京航空航天大学407教研室中国船舶科学研究中心

【摘要】 本论文用CFX-TASCflow对有间隙泵喷推进器(包括转、定子)与轴对称体的组合体的三维复杂粘性流场进行了模拟计算。本问题用RANS方程和κ-ε模型联合求解,离散化是建立在用有限元方法描述几何图形的有限体积法;同时,利用多重网络技术加快收敛速度;求解中采用ILU(Incomplete Lower Upper Factorization)光顺技术。通过分析导管内局部流场(转子桨盘面、转子后/转定子之间、定子盘面、导管出口/定子后),揭示了间隙流对于导管内流场(包括速度场和压力场)各个局部的影响。涉及的重要问题有:间隙流的形成机理;泄涡(低压中心)的生成、输运与发展、扩散与消失过程;间隙流对于性能和安全的影响;间隙存在时,叶片设计方面的考虑;泄涡存在时,动叶片压力分布多样性和复杂性;有间隙的叶片通道速度场的明显特征;阻止间隙流的方法等。

【Abstract】 In this paper, CFX-TASCflow is used to solve inner and outer 3-D viscous incompressible turbulent flow ( Re = 5. 6×106 ) around axisymmetric body with pump-jet (including rotor and stator) with/without tip-clearance flow. Governing equation is RANS equation with standard κ-ε model, the discrete method is a finite volume method based on a finite element approach of representing the geometry. The capability of the solver is greatly enhanced through the use of the multiblock and algebraic multigrid techniques to solve realistic problems with complex physics over complex geometries. The relaxation scheme is an ILU(Incomplete Lower Upper)method. The detailed velocity and pressure field inside duct are dissected and analysed, and aim at the influence of tip-clearance flow on the maim flow inside duct. There are some related problems which were discussed, for example: the generation of tip-clearance flow; the generation, transportation and development, diffusion and disappearance of the leakage-vortex, the tip-clearance-flow effect on hydraulic noise and cav-itation etc.

【关键词】 粘性流动间隙流动泄涡
【Key words】 viscous flowtip-clearance flowleakage-vortex
  • 【会议录名称】 第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议文集
  • 【会议名称】第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议
  • 【会议时间】2003
  • 【会议地点】中国北京
  • 【分类号】O357
  • 【主办单位】《水动力学研究与进展》编委会、中国力学学会、中国造船工程学会、香港科技大学、香港理工大学、中山大学、香港力学学会、上海交通大学、上海大学、上海市力学学会
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