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离心压气机内部流场计算规范 P56页 北京理工大学涡轮增压实验室 2008年10月 目录 1. 项目研究目标 1 2. 项目研究内容 1 3．项目研究成果 1 3.1压气机三维流场数值仿真网格相关性研究 1 3.1.1 J90压气机叶轮网格相关性分析 2 3.1.1.1 J90压气机几何及参数 2 3.1.1.2 数值方法 2 3.1.1.3 计算网格 3 3.1.1.4 计算结果 4 3.1.2 J60 压气机叶轮网格相关性分析 12 3.1.2.1 J60压气机几何及参数 12 3.1.2.2 计算方法 12 3.1.2.3 计算网格 12 3.1.2.3 计算结果 15 3.1.3 结论 20 3.2压气机三维流场数值仿真网格划分技术研究 21 3.2.1 网格分区及拓扑结构对压气机叶轮流道网格质量的影响 21 3.2.2 复杂几何结构网格剖分 29 3.2.2.1 封头结构 29 3.2.2.2 子午结构与尾缘平齐结构 32 3.2.3附面层网格剖分的要求 35 3.2.4 叶轮网格质量的控制及准则 36 3.2.4.1 叶轮网格质量控制 36 3.2.4.2 叶轮网格质量判断准则 43 3.2.5 结论 45 3.4.2网格块的划分 48 3.4.3蝶形网格的使用 49 3.4.4蝶形网格的内部加密 50 3.4.5网格块之间的连接 51 3.5压气机三维流场仿真计算区域的选择研究 53 3.5.1 J90增压器实验测试说明 53 3.5.2 J90 压气机几何说明 54 3.5.3 J90压气机计算进口边界条件的给定 54 3.5.4 J90压气机单叶轮计算 55 3.5.5 J90压气机级计算 56 3.5.6 J90压气机级及出口管道计算 57 3.5.7 结论 59 3.6压气机三维流场仿真计算边界条件的给定研究 59 3.6.1 进口条件 59 3.6.2 出口条件 62 3.6.3 结论 64 3.7湍流模型的选择研究 65 3.7.1 计算收敛性 68 3.7.2 计算时间 70 3.7.3 计算精度 71 3.7.4 结论 72 3.8离心压气机发生数值失速的计算判定准则研究 73 3.8.1 压气机失速特性 73 3.8.2数值失速时计算收敛特性 75 3.8.3数值失速点的捕捉 76 3.8.4 结论 76 3.9压气机堵塞、喘振流量的模拟计算方法 77 3.10压气机三维流场计算判别准则研究 78 1. 项目研究目标 开展涡轮增压器压气机三维流场计算仿真技术的研究，形成压气机仿真设计体系；同时对涡轮增压器压气机气动性能试验进行研究，形成压气机气动性能试验规范。 以下报告中的研究内容皆基于NUMECA FINE/Turbo软件包进行，网格生成器为IGG/AutoGrid，求解器为EURANUS。 2. 项目研究内容 通过以下内容的研究，可以得到影响增压器压气机内部三维流场数值计算结果精度的诸多因素，以形成流场计算规范，从而使得使用人员可以根据本报告中所提供的指导性意见进行直接的网格建模和数值模拟，从而降低CFD的门槛，使其能够更广泛的应用在涡轮增压器的气动设计中。 压气机三维流场仿真计算网格相关性、网格划分技术研究； 高效压气机涡壳网格划分技术研究； 压气机三维流场仿真计算区域的选择研究； 压气机三维流场仿真计算边界条件的给定研究； 湍流模型的选择研究； 离心压气机发生数值失速的计算判定准则研究； 压气机堵塞、喘振流量的模拟计算方法； 压气机三维流场计算判别准则研究. 3．项目研究成果 3.1压气机三维流场数值仿真网格相关性研究 在影响数值计算结果精度的诸多因素中，网格数目及分布对计算结果的精度有非常显著的影响。网格数目太少或者分布不合理，都可能导致计算结果与实际参数的较大偏差并可能无法捕捉实际三维复杂流场中的一些详细的流动现象，例如小区域分离、附面层内的准确流动情况等；但过多的的网格数目则需要耗费较长的计算时间，无法实现较快速预测性能的目的，因此应当在可以满足数值计算精度的前提下，尽可能的减少计算网格数目以减少计算所需时间。 本部分工作以两种不同尺寸的压气机叶轮为研究对象，分别进行了计算结果的网格相关性工作，通过几种具有不同计算数目及分布的网格设定，对比了其对压气机叶轮性能的影响。 3.1.1 J90压气机叶轮网格相关性分析 3.1.1.1 J90压气机几何及参数 图3-1.a为J90增压器压气机部分的三维渲染模型，包括叶轮、无叶扩压器和涡壳。叶轮叶片数为14（7组长叶片＋短叶片），叶顶间隙前缘处为0.5mm，尾缘处为1.0mm。图3-1.b为该压气机叶轮局部图，3-1.c?对应其子午尺寸。 a. 三维渲染模型 b. 叶轮模型