CFD方法在流体机械设计中的应用研究.docx
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1、 CFD方法在流体机械设计中的应用研究 摘要:本文立足于当前我国流体机械设计的实际情况简略阐述了该课题的研究背景,介绍了流体力学基本方程,并从压缩机设计以及喷水泵设计两方面内容着手,对CFD方法在流体机械设计中的实际应用进行了详细分析,旨在为相关研究人员提供参考。关键词:CFD方法;流体机械;控制方程1 研究背景流体机械本身属于一种机械设备,在实际进行机械生产的时候主要将流体作为其关键能源,通过对于流体机械的应用能够有效为机械设备的持续平稳运行提供充足的动力。现如今在我国的多个领域中都已经实现了对于流体机械的广泛应用,所以当前我国在流体机械方面所开展的研究比较多,以往的流体机械设计方面基本上是
2、凭借试验得出相应的参数设定,接下来再利用设计人员本身的经验优化筛选以及调整试验参数,进而得到最终的流体机械设计。但传统的设计方法常常会导致其设定参数的时候出现误差,并且难以保障流体机械应用的气动性能。而CFD方法的有效应用可以有效提升各项参数设定的科学性,切实降低误差出现的可能性,从根本上保障流体机械的高质量应用。2 流体力学基本方程2.1控制方程CFD即计算流体动力学,其主要是对流程问题进行求解,最关键的内容便在于将原本有着一定复杂性的流场离散成网格,进而促使流体动力学方程能够实现在节点处的有效计算,其基本的质量守恒以及动量守恒定律应当能够同每一个网格相适应,CFD中的任意连续性方程如下所示
3、:在该公式中, 、t、u分别代表的是密度、时间以及速度。对于流体机械来说,在忽略其本身的重力效应之后,可以得出相应的动力方程,如下所示:该公式中的v代表的是体积,F则指的是作用于流体单位质量上的质量力,p主要是指在流体微团单位面积上作用的实际应力张量。2.2湍流模型在计算流体力学中,湍流本身属于一个有着较高复杂性的问题,之所以如此是因为其自身的流动上整体呈现出一定的混乱性、无规律性,并且还会随着时间推移产生变化,与此同时,其都是三维流动的。从实际情况来看,在计算流体力学中最常使用k-模型作为其湍流模型,通过使用其湍流流动动能转化成热量的实际速率对湍流具体的强度q进行表示:在该公式中,k和l分别
4、表示的是湍流动能、粘滞耗散率以及湍流尺度。2.3壁面函数当面对同涡轮压缩机等高雷诺数相类似的各种流动问题的时候,由于其壁面本身有着相对较薄的粘性边界层,所以若是仅使用网格细化技术难以从根本上同其具体的要求相适应。基于此,应当对壁面函数进行施加,在原有的基础上针对边界层展开相应的简化处理工作,在完成壁面函数施加之后其边界层附近速度模拟如下所示:该公式中的 代表的壁面的剪切应力,k主要指的是冯卡门常数, 是与壁面平行的实际速度,B本身是常数,通常情况下来说,在面对光滑壁面的时候,对其取值会在5.5左右, 则代表的是沿壁面的摩擦系数。3 CFD方法在流体机械设计中的实际应用分析3.1压缩机设计压缩机
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