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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
压气机作为航空燃气涡轮发动机三大部件之一，对于航空发动机的性能、成本和安全性都有重要影响。为达到先进技术发动机的整体性能指标，需要风扇/压气机有更高的总压比、更高的效率、更少的级数和更宽的稳定工作范围，这离不开对压气机内部复杂流动机理的不断探索和更深入的认识。本论文的工作就是以发展可针对复杂湍流流动进行模拟研究的RANS/LES组合模拟方法及程序为主要目标，并用所发展的计算程序对压气机叶尖泄漏流的时空演化机理开展研究。所发展的RANS/LES组合模拟程序采用的方法为：控制方程为可压缩N-S方程组，湍流模型采用一方程S-A模型，流动方程和模型方程耦合求解；控制方程采用有限体积方法空间离散，支持多块结构化网格，在对流通量的求解格式方面有使用了三阶MUSCL插值的LDFSS格式、二阶中心格式、四阶偏斜对称中心格式、以及LDFSS格式和四阶偏斜对称中心格式的组合格式，粘性通量采用二阶中心格式离散；对于非定常模拟采用了双重时间步方法，物理时间导数采用了二阶精度的Crank-Nicolson格式，虚拟时间导数采用了隐式的一阶Euler后差格式，在虚拟时间步方向采用了Matrix-free隐式Gauss-Seidel迭代方法求解；另外，在RANS与LES的分区方法上可分别采用DES97、DDES和IDDES三种模式。为验证所发展的RANS/LES组合模拟程序的准确性，选择了均匀各向同性湍流、充分发展的槽道湍流和后台阶流三个经典算例进行了模拟研究，并分别与公开发表的实验数据和DNS结果等进行了对比。对于均匀各向同性湍流的模拟，开展了直接数值模拟和LES模拟研究，利用实验结果和DNS结果对LDFSS格式、二阶中心格式以及四阶偏斜对称型中心格式等对流通量数值格式进行了对比分析，对湍流模型及模型方程中控制长度尺度的系数等进行了研究；对于槽道湍流的模拟，进一步对几种对流通量数值格式的耗散性、IDDES模拟方法、RANS/LES分区方法、与湍流模型的匹配等若干题目进行了分析，验证了模拟方法在壁湍流模拟中的准确性；对于后台阶流动的模拟，对IDDES方法对于大尺度分离和自由剪切层流动的模拟能力进行了验证，并考察了数值格式的稳定性、数值粘性等题目。通过对以上三个算例的数值模拟研究，表明所发展的模拟程序有能力对壁面湍流、自由剪切流、以及分离流动等进行较准确的模拟，并初步掌握了所发展的RANS/LES组合模拟程序在实际应用中的方法，例如组合方法的适用性、离散格式的选择、以及模型参数的确定等，为其在工程流动题目中的应用提供了依据。在完成了方法和程序的验证工作之后，采用RANS/LES组合方法对压气机叶尖泄漏流进行了模拟研究。以某压气机叶栅作为研究对象，对叶尖间隙分别为0.79%、1.65%、和3.3%倍弦长条件下的流场分别进行了RANS模拟和RANS/LES组合模拟。首先，对RAN/LES组合模拟方法在计算域中RANS和LES分区的正确性进行了分析。其次，将RANS/LES组合模拟结果与实验测量结果、RANS结果、和已有的LES模拟结果进行了对比，验证了RANS/LES组合模拟优于RANS的准确性及流动细节的分辨能力。最后，对比分析了三种叶尖间隙下RANS/LES组合模拟得到的叶尖端区流场结构，对叶尖泄漏涡、叶尖分离涡和诱导涡等旋涡结构的形成及演化过程进行了研究，并对叶尖泄漏流对叶栅流场及气动性能的影响进行了分析。 |
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发表于 2022-4-8 10:14:07
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