修正S-A湍流模型在Rotor37计算中的评估.pdfVIP

Equipment ManufacturingTechnologyNo．1，2015 修正 S—A湍流模型在 Rotor37计算中的评估 石中均 ’，陈 逖 ，张传海 ，江 雄 (1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100091； 2．中国空气动力研究与发展中心，四川 绵阳 621000) 摘 要：为评估PMB3D软件 中的湍流模型对航空发动机叶轮机的模拟能力，采用二阶Roe格式、LU—SGS时间积分方法 和原始一方程S-A湍流模型对NASARotor37压气机进行了计算，基于VanDriest近壁公式对 s—A湍流模型进行了修正， 并分析了修正对流场的影响。计算结果表明：经过修正的s—A模型计算得到的失速点推迟，对特性线、出口展向平均总压、 静压、总温和绝热效率精度低于原始 s—A模型，但对切向速度和绝对气流角的计算结果和试验数据吻合更好。该研究工作 表明，总体上PMB3D软件中的数值模拟方法对单转子压气机的模拟精度较好，s—A模型的修正方法还需要进一步发展。 关键词 ：PMB3D软件 ；叶轮机 ；Rotor37；S-A湍流模型；修正 中图分类号：V231．3 文献标识码 ：A 文章编号：1672—545X(2015)01—0012—03 压气机是航空发动机的关键部件 ，提升压气机 动 ，这种做法 的好处在于将惯性系 F的非定常流动 性能也是提升航空发动机性能的主要手段之一。自 转变为旋转系下的定常流动 ，可以采用定常流动计 20世纪90年代以来，压气机的设计开始大量依赖于 算的数值方法，有利于提高计算效率。具体方程在此 三维CFD计算I”，这进一步使发展高效、精确的压气 不列出，可见参考文献[5】。 机 CFD软件成为工业设计的急需。 湍流模型选用一方程 s—A模型闻，该模型被广泛 压气机通常在高转速下工作，使其内部流动受 用于叶轮机流场计算 ，具体方程如下 ： 到很强的离心力 ，且存在叶尖泄漏、叶根角区涡、尾 迹掺混、激波 ／边界层干扰 、边界层分离等多种复杂 + ． ． 流动现象。对于这些流动，传统的湍流模型预测精度 不能令人满意。因此，很多学者针对压气机内的各类 + I毒 +p)蔷)+p善()j 复杂流动开展了湍流模型修正工作。 宁方飞通过在模型方程中引入压力梯度修正对 湍流粘性系数定义为： Spalart—Allmaras(S—A)模型进行了修正_21，希望提高 tx,=p 1 对压气机中强逆压梯度流动的模拟精度。柳阳威等 其 中： 人在压气机三维数值模拟中，通过引入速度旋度来 考虑湍动能的散射，对 s—A模型进行了修正嘲。王丹 华等人基于湍流输运过程的分析，考虑了流场 的非 奄 一 平衡程度，对 s—A模型中的常数 Cbl进行了修改141。 为提升课题组在航空发动机方面的研究能力 ， Gv= CblpSv， =S + 本文在课题组的外流计算软件 PMB3D的基础上发 展了一套压气机计算软件，并通过标模计算对原始 z 一 南 s—A湍流模型和宁方飞发展的修正s—A模型进行评 估，为压气机流场计算软件的进一步发展打下基础。 = 毙 ] 1 数学模型及数值方法 g=r+C2(F6一r)，r== 1．1控制方程及湍流模型 SK d 控制方程为Favre平均后的Navier—Stokes方程 ， 在本文的研究中，采用宁方