叶轮机械三元流理论Lec_1

•透平机械三元流理论•及其设计方法的研究第一章绪论•1-1研究内容考虑三维流动效应的叶轮机械计算理论与设计方法研究•叶轮机械内的流动特点•内容：§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点第一章绪论§1-1研究内容-叶栅内的流动特点叶栅流动的计算方法三维、粘性、非定常多组分、多相、气液、气固有传热、相变复杂的涡系、多尺度流动空间三维NS方程组三维Euler方程组§1-1研究内容-叶栅内的流动特点三维方程的各种简化一元流动研究内容•考虑流动三维特性的•透平机械•计算理论•及设计方法。§1-1研究内容计算理论Euler方程*12120,,,,,rcpiqdS21简单径向平衡方程，沿径向变化完全1周向平均方程两类相对流面理论，S流面定义损失模型，落后角模型。，§1-1研究内容-计算理论一元流动计算方法计算理论§1-1研究内容-计算理论N-S方程CFD三元流动定常求解CFD三元流动非定常求解转捩与湍流模型设计方法•1.可控子午型面•2.非均匀端壁•3.可控涡，自由涡•4.弯叶片•5.3D设计–可控扩散叶型–仿生叶型“鱼头”，“海豚”–非定常§1-1研究内容-设计方法几何参数几个种要概念•一．跨叶截面（叶型，S1）•二．子午型面（子午流道，S2）•三．侧型面§1-1研究内容§1-2研究历史•一．十九世纪•一元流、平均截面一元流计算，直叶片•二．二十世纪四十年代•载荷增大，叶片高度增加导致直叶片效率降低•简单径平衡方程，不考虑径向分速，但考虑参数沿叶高的变化，出现等环量，等出气角，等密流，等反动度等设计方法。•参数沿轴向，径向变化，从一元到二元，直叶片---扭叶片§1-2研究历史§1-2研究历史•三．两类流面理论，流面，准三元计算•（1）无穷多叶片理论•（2）理想流体的三元流普遍理论（吴仲华）•功率增加，下降，圆柱面流动假设极不准确，详细地考虑到了流动的斜率与曲率对流场的影响。考虑参数沿叶高的变化•流面理论•流函数法•原参数Euler方程流面平均•可控涡等设计方法§1-2研究历史§1-2研究历史•四．三元粘性（最近十~十五年）•Euler方程对准三元，三元粘性流计算的贡献•计算机及计算速度，数值方法的影响•五．三元非定常粘性流•软件包TASCFlow，CFX4.2，CFX5.7-11.0•Numece(6.2,7.2,8.1)•Fluent(5.0,6.1,6.18,6.3)•Hit3D……(Euler,NS,非定常)§1-2研究历史§1-2研究历史•六．计算流体力学与计算机的飞速发展•19924M•19948M•19958X4=64M•1997128M•19980.5G•20021.5G•win322G，win2003-X64〉64G•winXP-64§1-2研究历史0500010000150002000025000Cells/Second/IterationHistoricalPerformanceGainsInteliPSC/860ConvexExemplarConvexExemplarCrayT3DSGIPowerChallenge8000HP9000/819IBMSP2SGIOrigin2000196MHzSunUltra60300MHzIntelPentiumII300MHzSunUltra60300MHzIntelPentiumII400MHzIntelPentiumII450MHzIntelPentiumIIIXeon550MHzIntelPentiumIII800MHzSGI3800400HzSunSunblade1000AMDAthlon1.33GHzHPJ6000552MHzCompaqES40667MHzIntelPentium41.5GHzRampant3.1Fluent/UNS3/4Fluent51995TIME2001Fluent6ComputingTrends–FLUENTPerformance(1995-2001)•118xgaininthisperiod•Expectanother100xgaininthenext5-6years从1995－2001年由于硬件技术及数值求解技术的发展使FLUENT计算性能提高118倍（其中硬件10倍、软件12倍）§1-3设计思想–可控子午型面–可控涡–弯叶片–掠叶片–3D设计–可控扩散叶型–仿生叶型“鱼头”，“海豚”–非定常§1-4气体在叶栅内的流动•基本概念•流线、极限流线•壁面摩擦力线•分离线•再附线•节点（分离节点，再附节点，螺旋节点）•鞍点•分离的类型：开式分离、闭式分离