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《清华大学》 2003年
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离心式叶轮机械内部气动性能的全三维粘性数值模拟

谭大治  
【摘要】: 离心式叶轮机械在各个工业领域有重要应用,如空气压缩机。离心叶轮的设计者需要详细了解其内部流场的各种流动现象。应用计算流体力学的方法,能够详细了解叶轮机械内部流场,并部分替代昂贵的实验研究。数值模拟还能提供实验测量难以获取的流场信息,一个典型的例子是流道内部分离区域的预测。本文应用一种高性能的数值计算方法求解了离心叶轮内部复杂的三维流场,研究了它们的气动性能。主要工作包括以下几个方面: 采用求解偏微分方程和几何法相结合的混合型网格生成技术,开发了适用于离心叶轮机械的高质量结构化网格生成算法。并且在现有工作基础之上,将基于有限差分方法的高收敛率、高精度、高分辨率的LU-SGS-GE隐式格式和四(五)阶MUSCL TVD格式求解全三维Navier-Stokes方程和低雷诺数双方程湍流模型的计算程序推广到离心叶轮机械内部流场的数值求解。 为了考核现在的算法对跨音流场的模拟能力,数值模拟了VKI跨音透平叶栅的三维流场,证明了该方法的可用性。对Krain高速离心叶轮在设计工况下的内部流场进行了详细的数值模拟,计算所得轮盖压力分布、子午速度及相对气流角分布与实验结果吻合较好,并且进一步加深了对二次流机理的认识。 对NASA低速大尺度离心叶轮进行了全工况数值模拟,给出了该叶轮全工况流量/压比特性曲线,讨论了近设计工况和小流量工况下叶轮内部流场的流动特点。 综上所述,论文的工作搭建了求解离心叶轮机械的数值平台,为进一步研究离心机械内复杂的流动现象以及进行离心机械的设计打下了坚实的基础。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TH45

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 焦华宾;叶轮机非定常边界层数值模拟[D];南京航空航天大学;2009年
2 王嘉宁;喷水推进泵抗汽蚀技术及叶型优化设计[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 何祥滨;多级离心风机内部流场研究与结构优化[D];华南理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 陈乃兴,徐燕骥,黄伟光,陈俊杰,陈晓东;汽轮机小长径比静叶片的优化径向积叠[J];工程热物理学报;1998年03期
4 袁新;可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择[J];工程热物理学报;1998年04期
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9 刘正先,曹淑珍,谷传纲,苗永淼,范春辉;离心叶轮内三维湍流流场的实验研究[J];工程热物理学报;1999年05期
10 席光,王晓锋,樊会元,倪明玖;NASA低速离心压气机时轮内部流动的数值研究[J];工程热物理学报;2001年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 高大力;;高转速大小叶片斜流叶轮数值模拟[J];风机技术;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 张陈安;叶正寅;刘锋;史爱明;;进口导流叶片/风扇叶片干扰对颤振特性的影响[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
2 刘正刚;杜广生;李莉;刘永辉;王宁;;用数值计算的方法改善旋翼式热量表基表性能的研究[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
3 陈海昕;李凤蔚;李杰;沈孟育;;民机增升装置绕流数值模拟[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙志刚;离心压气机内部流动特性与流场结构研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2011年
2 陈杰;跨声速微型斜流压气机设计方法研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 刘子亘;汽轮机复速级特性研究[D];中国舰船研究院;2011年
4 张宇飞;基于先进CFD方法的民用客机气动优化设计[D];清华大学;2010年
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7 金琰;叶轮机械中若干气流激振问题的流固耦合数值研究[D];清华大学;2002年
8 杨昌明;轴流泵间隙流动数值模拟与试验研究[D];西南交通大学;2003年
9 闫朝;关于应用缘线匹配最大化时序效应潜能的初探[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2004年
10 肖若富;中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D];华中科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王立红;小型换热风扇的结构参数对其内部流动与性能的影响研究[D];浙江理工大学;2010年
2 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 李颂;低浓度气固两相流在离心风机中的流场模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 于洋;SIMPLE算法的高精度格式及其在叶轮机械中的应用研究[D];华东理工大学;2011年
6 马海波;Darrieus风轮的空气动力特性研究[D];浙江大学;2010年
7 于贵齐;燃气轮机涡轮叶片气动载荷与动态特性研究[D];大连理工大学;2011年
8 刘寅晟;微型燃机双级离心压气机气动性能分析与研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2011年
9 张良;舌形挡板变截面涡轮增压器蜗壳内流场的研究[D];山东轻工业学院;2011年
10 修国基;基于逆向工程的坐便器三维流动数值模拟及快速制造[D];华南理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周炯亮,屈芳升;智能温度与湿度单片机测控系统[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2005年05期
2 冯鑫;高晓阳;方立;;基于Lab VIEW的麦芽干燥温度控制系统设计[J];安徽农业科学;2009年21期
3 谢继荣,华正权;用RS-485接口实现变频器的数字控制[J];北京服装学院学报;1999年01期
4 郑国生;曹崇文;;颗粒物料气流干燥的数学模型[J];北京农业工程大学学报;1994年02期
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7 戴天红;曹崇文;;北京地区玉米低温干燥的模拟分析[J];北京农业工程大学学报;1995年04期
8 罗忠;陈志坚;孙春生;艾海峰;;喷水推进流道格栅的涡激效应与结构强度[J];船舶工程;2007年02期
9 谢友仪;高速船的多级喷水推进[J];船舶;1994年04期
10 魏晓巍;喷水推进器[J];船舶;1998年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 汤兴俊;热稳定性β-葡聚糖酶发酵工艺及发酵动力学研究[D];浙江大学;2003年
2 肖志祥;复杂流动Navier-Stokes方程数值模拟及湍流模型应用研究[D];西北工业大学;2003年
3 王海松;轴流泵CAD-CFD综合特性研究[D];中国农业大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王保利;单片机控制技术在谷物干燥中的应用研究[D];西北农林科技大学;2003年
2 冯玉红;叶轮机械二维平面叶栅湍流流场数值分析[D];西北工业大学;2003年
3 钱健;离心泵叶轮内部三维紊流数值模拟研究[D];扬州大学;2003年
4 李晟;基于FLUENT软件的轴流风机设计初步研究[D];西北工业大学;2004年
5 魏雅鹛;谷物烘干机的模糊控制系统仿真与实现[D];安徽农业大学;2004年
6 李育英;压气机叶栅大攻角分离涡特性分析[D];西北工业大学;2005年
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8 任海军;基于给定干燥曲线的干燥设备微机控制系统的设计研究[D];西南大学;2006年
9 马骏驰;基于ANSYS的机械通风温室内流场及温度场的数值模拟[D];华中农业大学;2006年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王国玉;赵宇;余志毅;;流体机械在船舶推进领域的应用及研究[J];通用机械;2012年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 辛合雷;DG230-64型锅炉给水泵抗汽蚀技术研究[D];华北电力大学;2012年
2 陶程云;微波连续干燥机智能控制系统研究[D];安徽农业大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 赵晓路;离心压气机叶轮弯曲母线造型及叶片弯曲减少二次流损失机理初步探讨[J];工程热物理学报;1997年04期
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4 袁新;可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择[J];工程热物理学报;1998年04期
5 陈乃兴,黄伟光;无叶扩压器离心式压气机内旋涡运动的数值研究[J];工程热物理学报;1999年02期
6 刘正先,曹淑珍,谷传纲,苗永淼,范春辉;离心叶轮内三维湍流流场的实验研究[J];工程热物理学报;1999年05期
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9 陈乃兴,黄伟光,周倩;跨音速单转子压气机三维湍流流场的数值计算[J];航空动力学报;1995年02期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李海滨,冯国泰;叶轮机械中的多场耦合分析技术[J];航空发动机;2002年02期
2 华耀南,王保国;有旋转效应和流片厚度变化的叶轮机械边界层的积分方程求解法[J];工程热物理学报;1988年04期
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7 张 玮,王 元,徐 忠;粒子图像速度场仪用于叶轮机械内流测量的研究[J];机械工程学报;2002年07期
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9 蔡睿贤,蒋洪德,孙春林;校验叶轮机械三维数值解的某些解析解[J];工程热物理学报;1984年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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9 孙鹏;钟兢军;杨木肖;;畸变条件下弯叶片对风扇性能影响研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
10 何立东;张强;车建业;;汽轮机防叶片断裂技术研究[A];安全与可靠性——2006流体机械与压力容器技术论坛论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 中科院工程热物理研究所 供稿;追忆我国工程热物理学科创始人吴仲华[N];大众科技报;2007年
3 中国工程院院士 倪维斗;一个专业与六位院士[N];光明日报;2001年
4 ;完善制度建设加强团队合作[N];科技日报;2003年
5 本报记者  马云霄;王仲奇:弯扭叶片发明人[N];黑龙江日报;2006年
6 中国工程热物理学会供稿;推进科学用能成为工程热物理学科核心[N];大众科技报;2008年
7 高澜庆;叶轮机节能新技术[N];中国矿业报;2000年
8 记者 李大庆;吴仲华奖励基金设立[N];科技日报;2007年
9 中船重工集团重庆江增机械有限公司总经理 李程;以科学发展观为指导 开创企业发展新局面[N];经理日报;2009年
10 记者  洪加祥 市报道组 龚宁;余姚26名农民工当上工会主席[N];浙江日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金琰;叶轮机械中若干气流激振问题的流固耦合数值研究[D];清华大学;2002年
2 王嘉炜;叶轮机械中若干非定常流动特征的初步研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
3 闫朝;关于应用缘线匹配最大化时序效应潜能的初探[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2004年
4 黎少辉;风机叶片流固耦合特性分析与故障诊断[D];中国矿业大学;2009年
5 李杨;低压轴流风扇周向弯曲动叶内部流动特征的实验和数值研究[D];上海交通大学;2007年
6 高波;盐析两相流理论及旋流泵内部流动的研究[D];江苏大学;2009年
7 杨科;基于CFD方法的叶轮机械优化设计理论及实例[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
8 张人会;离心泵叶片的参数化设计及其优化研究[D];兰州理工大学;2010年
9 张伟;叶片泵非设计工况叶轮内部流动分析和预测[D];上海大学;2011年
10 朱阳历;叶轮机械叶片全三维反问题优化设计方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 施坤;离心式通风机气固两相流流动特性分析及结构改进研究[D];安徽理工大学;2009年
2 姜健;多级轴流叶轮机械内流场的隐式高精度高分辨率数值模拟[D];西北工业大学;2006年
3 杨建;基于ANSYS的离心压气机叶轮振动特性分析[D];大连理工大学;2011年
4 崔利斌;基于CFD的大流量高全压叶轮机械开发设计与研究[D];大连理工大学;2011年
5 陈春峰;叶轮机械三维流动数值模拟的并行算法与集群系统研究[D];西北工业大学;2002年
6 于海力;轴流叶轮机械二维叶栅非定常流动数值模拟[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2003年
7 李丽丽;不同用途的叶轮机械内部流场数值模拟分析及结构优化研究[D];大连理工大学;2008年
8 王永红;叶轮机械三维非定常流场数值方法研究及其并行策略[D];南京航空航天大学;2007年
9 于洋;SIMPLE算法的高精度格式及其在叶轮机械中的应用研究[D];华东理工大学;2011年
10 吴宇飞;叶轮流固耦合界面不匹配网格的数据传递[D];大连理工大学;2012年
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