[發明專利]一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法

在審

• 申請號: 201811600016.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109684732A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 于景磊;洪青松;王廷;王琦;高思華;張舟;汪作心
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0三研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法，它屬于壓氣機的三維流場數值模擬技術領域。本發明解決了現有方法無法對氦氣壓氣機的三維流場進行精確的數值模擬的問題。本發明將氦氣壓氣機內部流動的控制方程轉換為柱坐標系下的控制方程，再將柱坐標系下的控制方程轉化為任意曲線坐標系下的形式，最后引入湍流模型對控制方程進行簡化，完成氦氣壓氣機的三維流場數值的計算，與現有方法相比，本發明提供的三維流場數值模擬方法可以大大提高數值模擬的精確度。本發明可以應用于壓氣機的三維流場數值模擬技術領域。

技術領域

本發明屬于壓氣機的三維流場數值模擬技術領域，具體涉及一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法。

背景技術

為了更好地保證氦氣壓氣機的工作性能，國內外諸多研究者對氦氣壓氣機不斷進行著深入研究。

氦氣壓氣機內部的流動作為影響氦氣壓氣機的工作性能的重要因素，已經得到國內外學者的廣泛關注。由于氦氣壓氣機內部的流動是典型的三維粘性湍流流動，因此，如何對氦氣壓氣機的三維流場進行精確的數值模擬，是保證氦氣壓氣機的工作性能的關鍵，氦氣壓氣機內部的流動的控制方程是非線性偏微分方程，現有方法并不能精確求解控制方程的非線性偏微分方程，導致無法對氦氣壓氣機的三維流場進行精確的數值模擬。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有方法無法對氦氣壓氣機的三維流場進行精確的數值模擬的問題。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將氦氣壓氣機內部流動的控制方程轉換為柱坐標系下的控制方程；

步驟二：將柱坐標系下的控制方程轉化為任意曲線坐標系下的形式；

步驟三：引入S-A湍流模型，并設定邊界條件中的壓力、溫度、轉速和流量，利用求解器計算氦氣壓氣機的三維流場數值，實現氦氣壓氣機的三維流場數值模擬。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法，本發明將氦氣壓氣機內部流動的控制方程轉換為柱坐標系下的控制方程，再將柱坐標系下的控制方程轉化為任意曲線坐標系下的形式，最后引入湍流模型對控制方程進行簡化，完成氦氣壓氣機的三維流場數值的計算，與現有方法相比，本發明提供的三維流場數值模擬方法可以將數值模擬的精確度提高20％—30％。

附圖說明

圖1是本發明的一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法的流程圖；

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1所示，本實施方式所述的一種氦氣壓氣機的三維流場數值模擬方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將氦氣壓氣機內部流動的控制方程轉換為柱坐標系下的控制方程；

步驟二：將柱坐標系下的控制方程轉化為任意曲線坐標系下的形式；

步驟三：引入S-A湍流模型，并設定邊界條件中的壓力、溫度、轉速和流量，利用求解器計算氦氣壓氣機的三維流場數值，實現氦氣壓氣機的三維流場數值模擬。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一的具體過程為：

氦氣壓氣機內部流動的控制方程是雷諾平均的N.S方程，笛卡爾坐標系下的雷諾平均的N.S方程表述為：

其中：t代表時間，

分別為粘性項和導熱項

是源項；

將公式(1)轉換為柱坐標下的控制方程：