《修正流體運動方程模型模擬渦輪機械流場機理研究》是依託中國礦業大學，由萬波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：修正流體運動方程模型模擬渦輪機械流場機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：萬波
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納維－斯托克斯方程是求解大多數計算流體力學（CFD）問題的關鍵方程，其非線性特徵嚴重增加了處理CFD問題的難度，同時也阻礙了相關的數值求解方法的發展。1999年，美國國家航天航空局（NASA）開始研究另一種求解CFD問題的方法。該項目由美國西北大學的Sohrab教授負責。Sohrab通過尺度不變型統計力學的方法，推導出了一個新的線性方程- - -修正流體運動方程。目前，針對這一方程的數值求解器已經可以成功的模擬計算一些簡單的流體模型。本項目將以數值方法為主要研究對象，以提高CFD計算效率為目標，運用修正流體運動方程來求解渦輪機械中的內部流場問題。首先研究該線性方程所產生的數值誤差問題；然後討論該方程的數值解對格線的要求；最後在現有的插值和疊代方法的基礎上尋找出更加有效率的處理該方程的離散計算方法。該項目的研究成果不僅在數學上具有重要的理論價值，而且在實際套用中可以加速CFD數值模擬的計算過程。
結題摘要
在本報告過去的研究過程中，修正方程求解器首先被套用於處理邊界層流問題。在低速層流問題上，該求解器的數值解與Sohrab給出的解析解完全吻合。在高速湍流問題上，數值解與Schuster 給出的經典邊界層流實驗結果也有著非常好的吻合度。然後該求解器被套用於模擬二次流和無轉動效應的葉柵繞流。其模擬結果與傳統的N-S求解器的模擬結果和相關的實驗結果都有著較好的吻合。而且在運算時間上，修正方程求解器只占到了N-S求解器的1/2左右，很好的顯示出了其線性特徵在計算效率上的優勢。 但到目今為止，這些研究工作都只是驗證了在處理穩態流動時，修正方程的準確性與效率。本研究針對更複雜和具有更多現實意義的瞬態和旋轉機械內部流動，給出了較為詳細的分析和研究結果。另外，在運算流程上，針對修正方程求解器的具體數值誤差分析，以及從數學角度來說，線性的修正方程對有限體積法（FVM）的數值擴散和對格線質量的影響等問題在本研究中都給出了明確的答案。 在總結以上研究歷程的基礎上，本報告首先研究該線性修正方程離散後所產生的數值誤差，然後將針對渦輪機械，結合現有的處理旋轉機械瞬態特徵的方法，研究適用於線性修正方程數值求解器的運算策略，並結合現有的實驗條件，進行結果評估和佐證。本項目的研究工作在國內尚屬空白，在國際上也具有領先意義。進一步揭示線性修正方程的套用優勢在未來流體力學學界的影響性，具有重要的理論價值；另外本項目的研究成果可以被推廣到目前的CFD模擬計算中，節省計算機模擬的運算時間，提高整體的研發效率，因而該研究成果也具有重要的實用價值。在現實套用中,本報告的研究成果成功套用於江蘇江昕輪胎有限公司的新一代三級壓縮機的改造當中,使其生產效率提升20%以上。
