cfd技术在机领域的应用.doc

单位代码 学　　号 100617021 分 类 号 密 级 毕业设计(论文) CFD 技术在机械领域中的应用 院（系）名称 工学院 专业名称 机械设计与制造 学生姓名 李秋遨 指导教师 李慧 2013年5月10日 CFD 技术在机械领域中的应用 摘 要 为了计算低速到超音速的无粘和粘性流动, 综合CFD 方法当前的研究成果, 编制了CFD 通用程序并且应用于流体机械的分析与设计。几个实例表明, 该程序是有效的, 具有较高的工程应用价值。 关键词 CFD 方法 流体机械 设计 CFD methods are used in the fluid machinery design Author:Li Qiu’ao Tutor: Li Hui Abstract In order to calculate to supersonic, inviscid and viscous flows at low speed, comprehensive CFD method the current research results, make up Made CFD general program and applied to the analysis of fluid machinery and design. Several examples show that the program is effective and has high engineering application value Key words: CFD, fluid machinery , design 目 录 1 引言 5 2 CFD方法 6 2.1 数学模型 6 2.2 计算方法 6 2.1.1数值算法求解 6 2.1.2 差分格式 7 2.1.3 离散方程组的求解 7 3 程序编制 8 4 工程应用实例 9 9 4.2 叶栅内部流动 9 4.2.1双圆弧平面叶栅几何参数 9 4.2.2叶轮内部流动分析 10 4.3 拉伐尔喷管内部流动 10 5 CFD的发展状况与前景 12 5.1 CFD研究方向 12 5.2 CFD技术动态 12 5.3 CFD技术发展成就 13 6 结论 14 15 1 引言 随着科学技术的进步和经济的发展, 许多领域( 特别是石油化工、航空等) 对高性能的流体机械需求越来越迫切。为了适应社会的需求, 需要进行试制和大量试验参数测量等工作, 为此需要耗费大量的资金和时间。显然, 为了设计出高性能的流体机械, 传统的设计方法已需要, 必须采用现代设计理论和方法。这就要求设计者必须详细掌握流体机械性能和内部流动状况, 从而给流体机械内部流动理论和试验研究提出了新的课题。 研究流体流动的方法有理论分析、实验研究和数值模拟三种。对叶轮机械、喷管、管道等内部流动实验测量时, 要求的实验装置复杂庞大且实验成本较高, 研制周期长, 因而使实验研究受到了很大的限制。而数值模拟将以其自身的特点和独特的功能, 与理论分析及实验研究一起, 相辅相成, 逐渐成为研究流体流动的重要手段, 形成了新的学科。计算流体动力学( CFD: Computational Fluid Dynamics) 。近年来,随着高速、大容量、低价格计算机的相继出现, 以及CFD 方法的深入研究, 其可靠性、准确性、计算效率得到很大提高, 展示了采用CFD方法用计算机代替试验装置和/ 计算试验0的现实前景。CFD 方法具有初步性能预测、内部流动预测、数值试验、流动诊断等作用。 在设计制造流体机械时, 一般的过程为设计、样机性能试验、制造。如果采用CFD 方法通过计算机进行样机性能试验, 能够很好地在图纸设计阶段预测流体机械的性能和内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离、尾流、叶片颤振等不良现象, 力求将可能发生故障的隐患消灭在图纸设计阶段。 综上所述, 人们借助计算机对流体机械内部的流动进行数值模拟成为可能, CFD 方法将在一定程度上取代实验, 以达到降低成本、缩短研制周期的目的, 并且数值模拟可提供丰富的流场信息, 为设计者设计和改进流体机械提供依据。因此, 人们深信CFD 方法是现在和未来研制流体机械必不可少的工具和手段, 它使设计者以最快、最经济的途径,从流体流动机理出发, 寻求提高性能的设计思想和设计方案, 从满足多种约束条件下获取最佳的设计, 可以说CFD 方法为流体机械设计提供了新的途