CFD方法在流体机械设计中的应用
流体机械设计CFD方法论文
流体机械设计CFD方法论文摘要：计算机流体动力学在流体机械设计当中十分常见，且应用范围相对比较广泛，尤其是在计算机和数学领域当中，计算机流体动力学的应用更为普遍，在这种情况下，针对于计算机流体动力学方法应用在流体机械设计来说，从喷射泵和压缩机两种不同的流体机械设计进行详细分析，从建立模型到数值计算，充分发会出计算机流体力学在流体机械设计中的作用。
计算机流体动力学所具有的最为显著的特征就是能够进行数值计算和模拟，其工作的原理为物理学原理，在一定程度上将原有的成本较高、消耗较大的流体动力学设备进行取代，为当代科学技术研究做出了十分重要的贡献。
目前，计算机流体动力学多应用在航天设计、汽车设计、涡轮机设计、半导体设计等多个领域当中，应用范围十分广泛。
1.CFD概述CFD（Computational Fluid Dynamics）是计算流体动力学的简称，也是流体力学领域当中的一项重要组成部分，在工业机械的设计中占有十分重要的地位，计算机流体动力学是近代流体力学、计算机科学、数值数学互相结合所形成的，是一种十分典型的较差科学，由于计算机流体动力学当中针对多种数学方法进行离散化，因此其能够更好的应用到数值实验、模型模拟和分析的研究中，用以解决更多的在实际应用中的问题[1]。
2.CFD方法应用现状我国相比于国外来说，计算机流体动力学方法的应用时间相对较晚，这主要是由于我国工业起步和发展的时间较晚所导致的，另外，计算机流体动力学的相关技术发展水平也比购成熟，尤其是在当前计算机流体动力学方法应用范围不断扩大的现状下，国外发达国家已经能够将其更好的应用到实践当中[2]。
工业化进程的不断发展，使得计算机流体动力学在20世纪末期的重要性逐渐得到提高，尤其是在航空航天方面的机械制造来说，计算机流体动力学起到了不可比拟的重要性和关键性的作用，因此，计算机流体动力学在国内外均得到了不同程度的发展。
加之航空航天机械制造的成本较高、难度较大，实际应用的困难程度就会提高，由于CFD方法能够在计算机上进行模拟和计算，极大的节省了成本，提高机械制造的精确度，国外的技术人员开始将计算机流体动力学技术和方法应用到仿真的指导和设计当中。
计算流体动力学中的数值模拟方法及其应用实例
计算流体动力学中的数值模拟方法及其应用实例计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种利用数字计算方法进行流体力学运动模拟的科学方法。
近年来，随着计算机技术的不断提升，CFD得到了广泛的应用，已经成为了各个领域研究的一个重要工具。
本文将围绕着计算流体动力学的数值模拟方法及其应用实例进行探讨。
一、数值模拟方法数值模拟方法是计算流体动力学研究的基础。
在流体运动的数值模拟中，一般采用对流方程、连续方程、能量方程和状态方程等模型进行描述。
常用的数值解法有有限差分法、有限元法、边界元法、网格法、拉格朗日法和欧拉法等。
其中，欧拉法是一种传统的流体动力学数值模拟方法，主要用于计算不可压缩流动，采用的是守恒方程组。
与之相比，拉格朗日法则是以控制流体粒子运动轨迹的方式模拟流体动力学的方法，该方法在涡动、气泡运动和多相流等问题中具有很强的应用性。
此外，有限元法在流场解析锁定中应用较为广泛。
边界元法主要用于边界层解析，其计算量相对较少。
二、应用实例在实际工程应用中，CFD可以应用于电子、航空、汽车、船舶、机械、化工等众多领域。
下面举例说明CFD技术在研究中的应用情况：1. 天然气流动研究在天然气储运过程中，流动管道中内部发生的阻力、压降、弯曲等影响了流体流动的宏观特性，通过CFD的仿真分析，可以对管道内部流体运动状态进行精细分析，从而优化油气输送流程，减少输送成本。
2. 垃圾焚烧研究CFD可以应用于垃圾的焚烧研究，模拟焚烧过程中温度、氧气浓度等流体参数的变化，进而对SOX、NOX等劣质气体进行排放控制。
不仅可以保证环境友好生产，还能提高垃圾焚烧的能量利用效率。
3. 污水处理研究CFD可以模拟仿真污水处理系统设计，支持污水的流动、混合、投加药剂等处理过程的模拟和优化研究，有效提高了污水处理系统的处理效果，降低了生产成本。
4. 尾流流场研究CFD技术可以应用于船舶尾流流场分析，预测尾流的产生和传递，使得船舶尾流对下游船只的影响得到了有效的控制。
计算流体力学基础及其应用
计算流体力学基础及其应用计算流体力学（CFD）是计算机运用精确的数学模型和算法来研究流体力学物理过程的一种技术。
它利用计算机模拟方法处理流体流动和相互作用的过程，以更准确、更快捷的方式研究热流体流动、传热、传质和湍流等物理过程的问题。
CFD的基础是数学方面的流体力学，应用计算机模拟的基本方法是数值方法，用于分析各种流体流动问题以及相关热传导、传质等热力学现象。
此外，计算流体力学还集成有计算机动力学，流体动力学，热力学，结构力学，能量方法，计算工程和多物理场的数值模拟技术，可以更加精准地研究流体动力学，热传递，流体机械，复杂流动等问题。
CFD在工程实践中具有重要作用，其应用领域非常广泛，包括空气、液体、气体和粘性流动等各种固体表面及流体体系的运动和相互作用。
例如，可以用来分析大气环境中污染物的扩散，水力学中河流水流的流动性能和可能形成的机械，风能资源的开发利用，以及气体控制元件的设计等。
CFD技术的研究和应用对改善工业和生活的质量起着重要作用，具有重大的经济效益。
它可以帮助工程师进行快速和准确的表征及设计，从而大大缩短研发和评估的周期，并节省大量的研发费用，从而提高产品的质量和可靠性。
例如，可以用CFD模拟来分析火力发电厂泄漏物介质的运动和湍流，从而确定阀门及其参数，进行管道设计，抑制烟气污染，提高系统效率，实现节能减排等。
此外，CFD还可以用于水工工程，海洋工程，气候变化，大气和海洋环境监测，飞机设计，汽车行业和其他工程方面的问题，有助于数字信息的可视化，预测及避免工程问题，提高效率。
因此，CFD既可以用于重要的实际问题的研究，也可以用于开发新产品，从而为工程实践提供可靠的计算技术，有效地改善系统质量和可靠性，提高经济效益。
综上所述，CFD的研究和应用具有重要的实际意义，可以显着提高工程的质量和可靠性，并带来可观的经济收益。
未来，CFD技术将逐步发展壮大，有效地改善人们的生活和工作环境。
CFD技术在化工机械设计中的应用
CFD技术在化工机械设计中的应用摘要：CFD技术又称计算机流体力学，目前该项技术广泛应用于化工机械设计领域以提升设备使用性能，具有一定应用优势。
现阶段，基于化工机械设计发展市场，相关管理部门及企业自身不断加大资金及技术投入，旨在通过利用先进设计技术如CFD技术提升生产能力以满足市场需求。
基于此，本文将主要从CFD 技术的概念简述出发，对CFD技术在化工机械设计中的具体应用及应用优势进行重点分析。
关键词：CFD技术；化工机械设计；数值模拟；计算机流体力学前言CFD技术是在近代科学技术不断发展的前提下，综合数值数学与计算机科学的一种具有强大应用能力的交叉学科知识产物。
CFD技术通过利用计算机技术，将不同数学方程中的积分、微分重新进行组合代数以获得离散的数值解，目前广泛应用于流体机械产业中。
通过将CFD技术应用于化工机械设计有利于改善以往化工机械设计模式中存在的弊端，同时促进化工机械设备使用性能及作业质量的提升，满足企业和市场发展需求。
1.CFD技术概念简述CFD技术有称计算机流体动力学技术，是新时代下计算机技术、数值数学以及流体力学等不同学科综合作用的产物。
其基本作用原理在于通过利用计算机将数学方程式数值求解进行离散并重新代数组合的方式，获得在流体流动中离散状态下的数值解。
通过利用CFD技术，化工机械设计可以利用流体流动中离散状态下的方程式，重新对各项相关数据进行评估[1]。
充分利用离散状态下问题控制的非线性特征对机械设计中不同数值的参数进行验证分析。
与此同时，CFD技术的应用也在科学层面为化工机械设计的数据验证提供更为高效的评估方法。
更为重要的是，CFD技术的应用在化工机械设计实践中可以为相关工作人员提供更为详尽、完整的数据参照。
在解决参数计算进行数据建模的过程中，可以突破常规物理模型及实验模型限制，具有强大的应用能力。
1.CFD技术在化工机械设计中的具体应用2.1在旋风分离器中的应用2.1.1建立模型通过利用CFD技术可以设计旋风分离器进行化工机械生产中的分离、除尘等具体工作，提升化工机械生产效率。
计算流体力学CFD的基本方法与应用
计算流体力学CFD的基本方法与应用
一、基本介绍
流体力学计算（CFD）是使用数值模拟技术来研究物理流体（如气体
和液体）运动性质的一类技术。
它可以用于研究物理流体的流动，以及流
体的热物性和压力分布。
CFD让工程师更容易地更好地研究流体运动，以
解决实际问题。
CFD利用数学模型可以模拟各种流体及其粒子在特定条件下的运动。
它包括很多步骤，从流体参数的定义到解算器的实现以及结果的分析和可
视化，这可以帮助工程师更清楚地研究和控制流体的性质。
CFD的基本方法主要包括：建立数学模型，采用合适的差分技术以及
计算策略，构建计算带等技术。
其中最重要的是建立数学模型，数学模型
可以帮助工程师精确表示实际问题，从而得到准确的解决方案。
二、应用
CFD在工业工程与科学研究中有广泛应用，其应用领域包括飞行技术、机械设计、环境工程、交通流量分析、水资源开发、仿真与虚拟技术等。
(1)适航性设计
CFD技术可用于飞机的性能计算和适航性设计，可以准确地迅速预测
飞机的性能参数，如噪声、燃油消耗和航空安全等。
(2)机械设计
CFD在机械工程中可以用于研究机械系统的流体性能，还可以用于优
化设计。
CFD仿真模拟技术和模型介绍flunet模拟仿真计算流体力学
CFD仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用
随着计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）的不断发展，仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用越来越广泛。
CFD是一种使用数值方法对流体流动进行模拟的计算技术，它可以预测流体动力学行为，为工程设计和优化提供重要依据。
本文将介绍CFD仿真模拟的基本原理、方法和应用实例。
一、CFD仿真模拟的基本原理
CFD仿真是通过计算机模拟流体流动的过程，它基于流体力学基本控制方程，如Navier-Stokes方程、传热方程等，通过数值计算得到流场的分布、变化和相互作用等细节。
CFD仿真是一种基于计算机的技术，因此它具有高效、灵活、可重复性高等优点。
二、CFD仿真模拟的方法
CFD仿真模拟的方法可以分为直接数值模拟（DNS）和基于模型的模拟（MBM）两种。
1.直接数值模拟（DNS）
DNS是通过直接求解流体控制方程的方法进行模拟。
它能够准确地模拟流体的运动规律，但计算量大，需要高性能计算机支持，且对计算资源和时间的要求较高。
通常，DNS用于研究简单流动现象或作为参考模型。
2.基于模型的模拟（MBM）。
CFD技术在流体机械设计中的应用与发展
CFD技术在流体机械设计中的应用与发展摘要：进入二十一世纪，科技不断发展，技术不断更新完善，在流体机械设计领域，能够体现科技创新技术的就是CFD技术。
应用CFD技术进行流体机械设计能够提高流体机械的性能，使得CFD技术更广泛应用于流体机械设计领域。
占据流体力学重要部分的CFD技术是由数学和计算机有机结合产生，是一种边缘而生命力强大的学科。
CFD技术能够在数学和计算机领域同时得到更好的应用，其重要性不可忽略。
本文详细介绍CFD技术在流体机械设计领域的运用与发展。
关键词：CFD技术；流体机械设计；应用与发展一、流体机械的设计思想我国的科学技术与经济在不断发展的过程中，许多专业领域都在积极创新发展。
在石油化工和航空等领域，迫切需要新的流体机械设计技术以促进行业的发展。
随着社会的不断进步，使得流体机械设计新技术的需求增加。
传统技术已经不能满足于市场需要，已经逐渐被淘汰，所以此时需要更高性能的新型技术。
步入新型城市化进程后，设计管理与理念必须具有现代化。
设计者首先需要掌握该领域技能水平，这不仅需要了解过去的设计理念，同时还要结合实际现代化进程，为该领域量身定做一个属于新时代的设计方案。
接着设计者需要掌握流体机械设计在进入市场后的后续进程，同时详细的把控住流体机械的内部流动状态。
将流体机械设计方案不断进行试验，并与新型工艺进行结合，将传统技术进行代替，减小阻力与碰撞。
为此就设计者需要CFD技术促进流体机械性能的大幅度提高。
CFD 技术能够带来更多的便利，它不仅是现在与未来在研究流体机械领域不可或缺的重要工具和思想，同时能够给设计者提供新型理念，让设计者在此基础上，用最少的时间，获得最大的经济利益。
CFD技术是从流体流动机理出发，来获的更高更强更能提高性能的设计构思与设计方案，同时满足更多的约束机制的条件，结合约束调节，创建出最佳的设计方案。
CFD方法的建立给流体机械设计提供了一种新的选择和途径。
因为好多程序都是在原有的研究成果基础上进行的创建和研究，所以很大程度缩小了适用范围，本篇文章就是根据CFD方法在流体机械设计所研究出的新的研究成果，该技术构建了各个领域适用速度范围内的通用程序。
CFD概念及应用 ppt课件
目录
▪ 前言 ▪ CFD简介 ▪ CFD分析的基本步骤 ▪ CFD应用 ▪ 结论
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2
前言
随着我国经济的不断发展，环保标准日趋严格，燃 煤电厂的粉尘排放浓度降低到50mg/Nm3。这样就 对除尘器的设计、制造、设备性能提出了更高的要 求。而对设备的优化设计离不开模型试验,但模型实 验往往是场地大、时间长、费用高。采用CFD数值 分析方法则可以减少模型实验次数，甚至不需要模 型实验就能解决一些因实验条件限制难以解决的问 题，为电除尘器的优化设计提供依据。
▲实验研究仍是研究工作的基石，数值研究 的许多方面都密切依赖于实验研究：实验提供数 据；计算结果需由实验验证；观察实验现象分析 实验数据以建立计算模型等等
▲数值模拟是特殊意义下的实验，也称数值实 验
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CFD基本概念
★计算流体力学（Computation Fluid Dynamics， 简称CFD）就是在电子计算机上数值求解流体与气
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应用 CFD可以提高企业的竞争能力和设计水平； 是企业数值化的重要部分；带来了崭新的设计理念和 提供了新的途径。
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机械工程中的流体力学问题分析
机械工程中的流体力学问题分析一、引言流体力学是研究流体（包括液体和气体）的运动规律和力学性质的学科。
在机械工程领域，流体力学问题的分析和解决是非常重要的，因为流体力学的应用涵盖了许多领域，如空气动力学、燃烧学、泵和涡轮机设计等。
本文将详细介绍机械工程中的流体力学问题分析方法和应用。
二、流体的性质和基本方程流体的性质主要包括流动性、压缩性和黏性。
在机械工程中，常用的流体模型是理想流体模型，即假设流体无黏性和不可压缩。
理想流体的运动可由连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
连续性方程是保守质量的基本方程，它描述了流体的质量守恒。
通常使用质量通量的概念来表达连续性方程。
动量方程是保守动量的基本方程，它描述了流体的运动状态。
动量方程考虑了压力、重力和惯性力对流体的影响。
能量方程是保守能量的基本方程，它描述了流体的能量转换和传递。
能量方程考虑了热量传导、流体内能和压力对流体的影响。
三、流体管道中的压力损失流体管道是机械工程中常见的流体输送装置，流体在管道中的流动会产生压力损失。
压力损失主要由摩阻、弯头和管道的摩擦等因素引起。
为了分析流体管道中的压力损失，需考虑雷诺数（Reynolds number）、液体的黏度、管道内径和管道壁的粗糙度等因素。
通过使用流体力学公式和实验数据，可以计算得到管道内的压力损失。
四、风阻力和气动力学问题风阻力是机械工程中常见的气动力学问题之一。
在设计车辆、建筑物和飞行器时，需要考虑风阻力对其造成的影响。
风阻力的大小与空气密度、流体的流速和物体的形状等因素有关。
通过使用空气动力学公式和数值模拟，可以计算得到物体在空气中的风阻力。
在机械工程中，减小风阻力可以提高机械系统的效率和性能。
五、泵和涡轮机设计泵和涡轮机是机械工程中常见的流体力学装置，它们广泛应用于水力发电、供水系统和空调系统等领域。
在泵和涡轮机的设计中，需要考虑流体的流量、扬程和效率等参数。
通过使用流体力学公式和经验公式，可以进行泵和涡轮机的设计和分析。
流体机械CFD中的网格生成方法进展
文章编号: 1005 0329(2010)04 0032 06技术进展流体机械CFD中的网格生成方法进展刘厚林,董 亮,王 勇,王 凯,路明臻(江苏大学,江苏镇江 212013)摘 要: 网格生成技术是流体机械内部流动数值模拟中的关键技术之一,直接影响数值计算的收敛性,决定着数值计算结果最终的精度及计算过程的效率;本文在分析大量文献的基础上,首先,对流体机械CFD中的网格生成方法即结构化网格、非结构化网格、混合网格进行了比较全面的总结,系统地分析这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围;其次,对特殊的网格生成技术,如曲面网格生成技术、动网格技术、重叠网格生成技术、自适应网格技术进行了阐述;再次,指出了良好的网格生成方法应具备的特点;最后提出了网格生成技术的发展趋势。
关键词: 流体机械;网格生成;计算流体动力学;动网格;自适应网格中图分类号: TH311 文献标识码: A do:i10.3969/.j i ssn.1005-0329.2010.04.008Overvie w onM esh Generati o n M et hods i n CF D of F lui d M achineryL IU H ou-lin,DONG L iang,W ANG Y ong,W ANG K a,i LU M i ng-zhen(Jiangsu U n i v ers it y,Zhenji ang212013,Ch i na)Abstrac t: M esh genera ti on techno logy i s one of the cr iti ca l technology f o r fl u i d m ach i nery fl ow nume rica l s i m u l at-i on,and d-i rectly i nfl uence t he astr i ngency o f nume rical si m u l a ti on,wh ich has an i m portan t e ffect on the nu m er ica l s i m u l a tion results,fi na l precision and the effi c i ency o f compu tati onal process.O n the bas i s o f analyzi ng a great dea l litera t ures,firstl y,m esh genera ti on m ethods and t heory of fluid m ach i nery are comprehens i ve l y su mm ar i zed such as structured mesh,unstructured mesh,hybrid gr i d and respecti ve re lati ve m erits and the pr i nciple,charac teristcs and scopes of t hese m ethods we re sy stema ti ca lly ana l ysed.Second-ly,Spec i a lm esh generation m ethod w ere su mm ar i zed,such as surface m eshi ng,m ov ing gr i d,adapti ve gr i d and especiall y i ntro-duced the pr i nci p le and app licati on areao f adapti ve g ri d.T h irdly,the character i sti c o f m esh g enerati on m e t hod w ere pion ted out.F i na lly,t he trends of mesh generati on are presen ted,and the tre m endous d ifference i s analyzed i n mesh au t om atic gene ra tion at a-broad and the necessary o f exp l o iti ng CFD soft w are and resea rchi ng the m esh auto m atic gene ration techn i que i n our country are put forwa rd.K ey word s: fl uids m achi nery;m esh g enerati on;co m puta ti ona l fl u i d dyna m ics;mov i ng gr i d;adaptive gr i d1 前言计算流体动力学(CFD)中,按一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格,产生这些节点的过程叫网格生成。
CFD方法在流体机械设计中的运用分析
CFD方法在流体机械设计中的运用分析随着科学技术的不断完善，CFD技术在流体机械设计中的应用越来越广泛，对于提升流体机械的性能有很大的帮助。
CFD方法是流体力学中的重要组成部分，是数学和计算机有机结合的产物，作为一门具有强大生命力的边缘学科，不管是在数学领域还是计算机领域，CFD方法的重要性都是无可替代的。
本文将针对CFD方法在流体机械设计中的运用进行分析。
标签：CFD方法；流体机械设计；运用分析0 前言近几年来，我国的工业化进程开展的如火如荼，工业制造业作为支撑国民经济发展的主力军受到了广泛的关注。
在科技时代的影响下，各种多样化的科学技术被应用在流体机械设计中，并且发挥着重要的作用。
CFD技术是现代化工业经常使用的一种手段，在汽车制造业、航空航天、造船业等领域中的应用相当广泛。
除此之外，CFD技术还被使用在喷水泵、压缩机等流体机械设计当中。
不管从哪一个角度看，CFD技术的应用都推动了工业领域的可持续发展。
1 CFD方法的基本概述CFD也叫计算流体动力学，是流体力学领域中的重要组成部分，在工业机械设计中占据了关键地位。
CFD是数学和计算机有机结合的产物，作为一门具有强大生命力的边缘学科，不管是在数学领域还是计算机领域，CFD方法的重要性都是无可替代的。
在使用CFD技术的时候，需要依赖电子计算机作为工具，通过各种离散化的数学方法的合理利用，解决流体力学计算中的各种问题。
利用先进的科学仪器模拟数值实验，根据实验数据构建虚拟模型，并且针对模型进行细致的分析与研究，从而实现利用数学知识解决流体力学实际问题的目标。
常用的CFD技术软件为FLUENT。
任何流体的运动都不是随机，而是遵循一定的自然规律，所以在利用CFD 方法研究流体力学的时候，也应该遵守一定的规律。
常用的自然规律有质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
流体的运动非常容易受到外界因素的影响，并且在外界因素的影响下会发生一定的变化，而CFD方法的应用恰恰能够解决这些问题。
CFD分析理论及应用技术
CFD分析理论及应用技术
CFD是一种数值分析技术，用于模拟介质（如空气、水流、油滴等）的流动状态。
它由流体力学和数值方法联合构成，利用计算机对流体运动的物理过程进行数值分析处理，以获得飞行器、汽车、电力系统、甲板和船舱等流体流动问题的解决方案。
CFD技术可以更加精确地分析复杂的流动现象，具有计算速度快、成本低、结果准确等优点。
它可以应用于多个领域，例如航空航天、环境处理、流体机械、气动学、液力学、抗振动等，为计算机辅助设计(CAD)的结果提供技术支持。
二、CFD理论
1.基本流体力学理论
CFD需要应用流体力学的基本理论，包括流体力学的基本方程，如控制方程、热传递方程、湿度传递方程等。
基本方程的求解需要分析流体的压力、速度分布、对流换热等过程，以获得正确的结果。
2.数值方法
CFD依赖于数值方法，如有限体积方法和有限元方法等，该方法把复杂的流体流动问题，抽象为离散的数值方程，通过计算机计算、迭代、求解得出流体运动的特性。
三、CFD应用
1.航空航天
CFD技术在航空航天方面有着重要的应用，例如利用CFD研究翼型的形状及特性，求解气动力的传导和发生。
CFD技术在水力机械研究中的应用
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究 工作
拟 技 术 的 研 究 与 发 展 奠 定 了基 础 。
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开 发 中 得 到 迅 速 发 展 和 应 用 ． 且 已 并 形 成 了 Ｃ Ｘ、 ｌｅ ｔＮ ｍｅａ Ｓａ— Ｄ Ｆ Ｆｕ ｎ 、 ｕ ｃ 、ｔｒ Ｃ
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：０ ０ １２ （０ ８ ２ — ０ ６ ０ １０ — １ ３ ２ ０ ） １ ０ ７ — ３
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（ ｍｐ ｔｔ ｎ ｌ ｌ ｉ Ｄｙ Ｃｏ ｕ ａｉ ａ Ｆ ｕｄ ｏ —
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主 开 发 的 全 三 维 粘 性 湍 流 数 值 模 拟
方 程 。但 由 于 受 到 计 算 机 计 算 速 度 和 存 储 容 量 的 限 制 ， 多 为 方 法 方 面 的 大 探索 性 研究 ， 用 研究 较 少 。直到 ９ 应 ０ 年 代 由 于 计 算 机 在 速 度 和 容 量 方 面
专 题 论 述
Ｃ ＩＡ ＷＡ Ｅ Ｅ ＯＵ ＣＥ ２ ０ ２ ＨＮ Ｔ Ｒ Ｒ Ｓ Ｒ Ｓ ０ ８．１
Ｃ Ｄ技术在水力机械研究中的应用 Ｆ
ansys cfd入门指南计算流体力学基础与应用
ansys cfd入门指南计算流体力学基础与应用1. 引言计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种利用数值方法解决流动问题的工程学科。
它通过数值模拟和计算来研究流体在各种条件下的运动和相互作用。
而ANSYS CFD则是CFD领域中一种常用的软件工具，它提供了广泛的功能和强大的计算能力，使工程师能够更好地理解和优化流体问题。
2. 概述ANSYS CFDANSYS CFD是由ANSYS公司开发的一套用于CFD分析的软件。
它采用了计算网格和数值方法，通过将流体领域离散为有限数量的小块，利用数值求解方法来模拟流体的运动。
ANSYS CFD具有较高的准确性和可靠性，可以用于解决各种复杂的流体力学问题。
3. CFD基础知识为了更好地理解ANSYS CFD的工作原理，我们需要了解一些CFD的基础知识。
我们需要了解流体力学的基本方程：质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程描述了流体在不同条件下的运动和相互作用。
4. ANSYS CFD的功能ANSYS CFD提供了丰富的功能，可以满足不同应用场景的需求。
它支持不同类型的流体，包括压缩性流体和非压缩性流体。
它支持不同的边界条件和初始条件，以模拟各种实际情况。
ANSYS CFD还提供了不同的数值方法和求解器，以提高计算效率和准确性。
5. ANSYS CFD的应用领域ANSYS CFD可以应用于各种领域的流体问题研究和优化。
它可以用于飞行器的气动设计和优化，以提高飞行性能和燃油效率。
它也可以用于汽车工程中的空气动力学分析，以改善汽车的操控性和燃油经济性。
ANSYS CFD还可以应用于能源领域的风力发电和涡轮机械的设计与分析。
6. ANSYS CFD的优势和局限性虽然ANSYS CFD具有强大的功能和广泛的应用领域，但它也存在一些局限性。
ANSYS CFD需要较高的计算资源和时间，对计算机的性能要求较高。
ANSYS CFD在某些复杂流动问题中可能存在数值稳定性和收敛性的挑战。
计算流体动力学(CFD)在流体机械领域的应用
泵是用来输送 液体 并给液体增加能量 的一种机 器。本文 中考虑前端有一个转子 ， 后端有一个静子 的喷水泵 。 此构造是 典型 的单极轴 流叶轮机械。转子和静子各 自在 一个 单独的计 算域 内， 因此 ， 子和静子之间 以及与之相 连的进 口和出 口之 转
间会存在流动干涉。 （） １ 建立模 型。 此喷水泵转子 和静子分别有 ６片和 １ 片 Ｏ
ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件能 推出多种优化 的物理模 型 ，如定常和 非
收 稿 日期 ：０ ８ ０ — ５ ２ ０ — ９ １
Ｅ ｕｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ１ ２ ０ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ．２， ０ ８ ｉ
计算 流体 动力学（ Ｄ） ＣＦ 在流体机械领域 的应用
吴 民生 ’段 文广 。
（ 西安 石油大学， ． １ 研究生部 ； ． ２机械工程学院 ， 四 四安 ７ ０ ６ ） 陕 １０ ５
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学理论与方法 ， 利用具有超强数值运算能力 的计算机 ， 编制计
算机运行程序 ， 数值求解满足不 同种类 流体 的流动和传热规律 的质量守恒 、 动量守恒和能量守 恒三大守恒规律 ， 及附加 的各 种模型方程所组成 的非线性偏微分方程组 ， 得到确定边界条件 下 的数值解 ：Ｃ Ｄ兼有理论性和实践性 的双重特点 ， Ｆ 为现代科 学 中许多复杂流动与传热 问题 提供 了有效 的解决方法。
件的后置 处理器具有三维显示功能 ， 以展现各种流动特性 ， 可 有 的还能 以动 画的形式演示非定常过程。
ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软 件 的基 本 程 序 结 构 如 图 １ 示 。 所
CFD在机械工程中的流体力学分析研究
CFD在机械工程中的流体力学分析研究流体力学是机械工程中非常重要的一个领域，它研究的是流体的运动规律和力学特性。
在过去，为了研究流体力学，工程师们常常需要在实验室中进行大量的试验来获取相关数据。
然而，这种方法费时费力，成本高昂且受到许多限制。
而如今，随着计算机技术的飞速发展，一种名为计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的分析方法在机械工程的流体力学研究中逐渐兴起。
CFD是利用计算机和数值方法对流体力学问题进行数值分析和模拟的一种方法。
它基于流体力学的基本方程和边界条件，通过将流场离散化为大量的小单元来模拟和解算流体的运动和行为。
相比传统实验方法，CFD具有许多优势。
首先，CFD分析可以在计算机中进行，无需在实验室中进行实际试验，大大节约了时间和金钱。
其次，CFD可以模拟和分析各种不同条件下的流体行为，探究流体力学问题的各种可能性。
另外，CFD还可以提供更为细致和全面的流体力学分析结果，对工程问题的研究和优化具有重要意义。
在机械工程中，CFD的应用非常广泛。
例如，在航空航天工程中，CFD可以帮助工程师们研究和改进飞机的气动性能。
通过分析飞机的气流分布和阻力特性，可以优化飞机的设计，提高其飞行效率和稳定性。
此外，在汽车工程中，CFD也起到了至关重要的作用。
利用CFD技术，工程师们可以模拟汽车在高速行驶时的空气动力学行为，分析气流的分布和阻力对车辆的性能产生的影响，并相应地进行设计和优化。
类似地，CFD还可以应用于船舶设计、油气管道传输、燃烧器优化等各个领域。
CFD的分析过程一般包括三个主要步骤：前处理、求解和后处理。
前处理阶段，工程师们需要准备和处理一些必要的输入数据和几何模型。
这包括几何模型的建立和网格划分。
几何模型建立的目的是将实际流体问题抽象成数学模型，包括所需对象的几何形状和运动规律。
网格划分则是将计算区域离散化为若干个小单元，以便于数值求解。
求解阶段，主要是利用适当的数值方法对流体方程进行离散化，然后采用数值迭代的方法求解方程组，得到流场的数值解。
基于CFD的机械流体力学分析与优化研究
基于CFD的机械流体力学分析与优化研究随着科技的发展，CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）成为机械流体力学分析和优化研究的重要工具。
CFD基于数值模拟和计算方法，可以对各种工程流体问题进行模拟和分析，从而为工程设计和优化提供重要支持。
一、CFD的基本原理与应用范围CFD基于流体力学和数值计算理论，通过离散控制方程组来描述流体动力学问题，结合几何网格和边界条件，利用计算机进行数值求解。
CFD可以模拟流体的运动、传热和物质输运等现象，并给出相应的物理量分布，如速度、压力、温度等。
CFD可以应用于各个领域的机械流体力学分析与优化研究。
在航空航天领域，CFD可以模拟飞机的气动性能，优化机翼和机身的形状以减小阻力，提高飞行效率。
在能源领域，CFD可以模拟火力发电中的燃烧过程，优化炉膛结构和燃烧参数，提高燃烧效率和减少污染物排放。
在汽车工程领域，CFD可以模拟车辆的空气动力学性能，设计优化流线型车身和降低风阻，提高车辆的燃油经济性。
二、CFD在工程设计中的应用实例1. 精确预测空气动力学特性CFD可以帮助工程师预测并优化机械设备的空气动力学特性。
例如，在汽车设计中，CFD可以模拟车辆行驶时的气流情况，预测阻力和升力等参数，优化车身外形以降低风阻和提高操控稳定性。
2. 模拟湍流现象湍流是很多机械流体问题中的一种常见现象，如飞机起降时的气流湍动、燃烧室内的涡流等。
CFD可以模拟湍流现象，分析流体的湍流特性，并通过优化设计减小湍流的影响，提高工程设备的性能。
3. 分析热传导和流体传热CFD可以模拟流体的传热现象，分析热传导和流体传热效率。
例如，在核电站的换热器设计中，CFD可以模拟冷却剂在管道内的流动，优化管道结构和安装方式，提高换热效率和工作稳定性。
三、CFD的优势与挑战CFD作为一种计算工具，具有以下优势：首先，可以模拟复杂的流体流动现象，避免实验中的复杂操作和高成本。
基于CFD模拟的机械流体力学研究
基于CFD模拟的机械流体力学研究引言流体在机械工程中起着重要的作用。
流体力学是研究流体运动和流体受力的力学分支，而计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）则是通过数值模拟方法对流体力学进行研究。
本文将探讨基于CFD模拟的机械流体力学研究领域，讨论其应用和意义。
1. CFD的基本原理与模型1.1. Navier-Stokes方程Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程，可以通过CFD进行数值求解。
它是连续性方程和动量方程的综合表达，可以描述流体的运动、速度分布以及压强分布等参数。
1.2. 计算网格在CFD模拟中，计算网格是非常关键的。
通过将流体区域划分为无数个小网格，可以离散化求解方程，得到每个小网格上的流体参数。
常用的计算网格包括结构化网格和非结构化网格，它们各有优缺点，适用于不同类型的流体力学问题。
2. CFD在机械流体力学中的应用2.1. 空气动力学研究在飞机、汽车、火箭等交通工具的设计和优化中，空气动力学是一个重要的研究领域。
通过CFD模拟可以分析空气在物体表面的流动状态，以及产生的阻力、升力等参数。
这些数据可以用于改进设计、降低空气阻力，提高交通工具的性能。
2.2. 液体流动分析在液体传动设备、管道系统等机械工程中，液体流动的分析至关重要。
通过CFD模拟可以预测流速分布、压力分布、液体混合效果等参数。
这有助于设计优化和故障诊断，提高设备的效率和可靠性。
2.3. 热传导与对流热传导和对流是机械工程中的重要问题，涉及到热流动和温度分布等参数。
通过CFD模拟可以预测热传导和对流的强度、热交换效果等。
这有助于设计合适的冷却系统和热能利用设备，提高能源利用效率。
3. CFD模拟与实验研究的对比CFD模拟是一种基于计算机的数值方法，与实验研究相比具有其独特的优势和局限性。
3.1. 优势CFD模拟可以对流体力学问题进行快速、连续的求解。
与实验研究相比，它具有时间和经济成本上的优势。
流体机械结构创新设计技术CFD分析基础边界条件和湍流
边界和内面区域以面域来描述. 边界上的数据通过面域给定.
orifice
(interior)
orifice_plate and orifice_plate-shadow
outlet
inlet
wall
fluid
带孔板的管路流动中面和 单元域关联
处理为特殊的流域. 在 Fluid panel激活. 压力损失可通过输入的阻力系数确定， 或由集中参数模型计算.
用于模拟通过多孔介质的流动 或其它分布式结构的阻力., 过滤器 过滤纸 多孔板 流体分布器 管束
移动区域
单区域: 旋转参考系模型
流动采用移动的参考坐标系描述 应用上限制较多
事先不知道所计算问题的速度和压力. 在出口的流动接近于充分发展条件的情况下比较合适. 注: 在有回流产生的情况下，采用压力出口条件代替出流条 件可能更加有利于求解问题的收敛.
出流 （Outflow）条件的限制
出流条件不能应用于: 可压缩流动. 在采用压力入口的情况下 (通常可用速度入口代替): 密度会改变的非定常流动.
定义出口静压. 出口处外部环境的表压.
径向压力平衡选项. 逆向来流:
在求解过程中或部分区域中出现. 假设方向垂直于边界. 可以减少收敛的难度. 当逆流发生时，设定的静压值作为总压
计算.
压力出口条件（pressure outlet） (2)
不可压缩流动: 输入静压定义出口边界条件 其它所有边界参数通过内部流动计算获得.
absolute pressure
pressure level
gauge pressure
operating pressure
CFD模拟仿真理论知识：理解与应用
CFD模拟仿真理论知识：流体仿真应用
本文将介绍CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）模拟仿真理论知识的原理、方法和应用。
通过本文对CFD的深入理解，并了解如何运用这一理论解决实际问题。
一、CFD模拟仿真理论知识概述
CFD是一种通过计算机模拟和分析流体流动、传热、化学反应等自然现象的学科。
它广泛应用于航空航天、能源、建筑、环境科学、生物医学等领域。
CFD模拟仿真理论知识是CFD的核心，它包括流体动力学基本原理、数值计算方法和计算机程序设计等。
二、CFD模拟仿真基本原理和方法
1.基本原理：CFD基于牛顿第二定律和连续介质假设，通过数值方法求解流体控制方程，如Navier-Stokes方程，以获得流场的定量描述。
2.数值计算方法：常用的CFD数值计算方法包括有限差分法（Finite Difference Method，FDM）、有限元法（Finite Element Method，FEM）、有限体积法（Finite V olume Method，FVM）等。
这些方法将连续的流体流动问题离散为一系列离散点上的数值计算问题，通过求解这些离散点上的数值，得到流场的近似解。
3.计算机程序设计：为了实现CFD模拟仿真的自动化，我们需要编写计算机程序。
常用的编程语言包括Fortran、C++、Python等。
程序应包含建模、离散化、求解和后处理等步骤。
三、CFD模拟仿真难点与挑战。
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CFD方法在流体机械设计中的应用Ξ西安交通大学 赵兴艳西北工业大学 苏莫明西安交通大学 张楚华 苗永淼摘 要 为了计算低速到超音速的无粘和粘性流动,综合CFD方法当前的研究成果,编制了CFD通用程序并且应用于流体机械的分析与设计。
几个实例表明,该程序是有效的,具有较高的工程应用价值。
关键词 CFD方法 流体机械 设计 1 引言随着科学技术的进步和经济的发展,许多领域(特别是石油化工、航空等)对高性能的流体机械需求越来越迫切。
为了适应社会的需求,需要进行试制和大量试验参数测量等工作,为此需要耗费大量的资金和时间。
显然,为了设计出高性能的流体机械,传统的设计方法已满足不了需要,必须采用现代设计理论和方法。
这就要求设计者必须详细掌握流体机械性能和内部流动状况,从而给流体机械内部流动理论和试验研究提出了新的课题。
研究流体流动的方法有理论分析、实验研究和数值模拟三种。
对叶轮机械、喷管、管道等内部流动实验测量时,要求的实验装置复杂庞大且实验成本较高,研制周期长,因而使实验研究受到了很大的限制。
而数值模拟将以其自身的特点和独特的功能,与理论分析及实验研究一起,相辅相成,逐渐成为研究流体流动的重要手段,形成了新的学科———计算流体动力学(CFD:C om putational Fluid Dy2 namics)。
近年来,随着高速、大容量、低价格计算机的相继出现,以及CFD方法的深入研究,其可靠性、准确性、计算效率得到很大提高,展示了采用CFD方法用计算机代替试验装置和“计算试验”的现实前景。
CFD方法具有初步性能预测、内部流动预测、数值试验、流动诊断等作用。
在设计制造流体机械时,一般的过程为设计、样机性能试验、制造。
如果采用CFD方法通过计算机进行样机性能试验,能够很好地在图纸设计阶段预测流体机械的性能和内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离、尾流、叶片颤振等不良现象,力求将可能发生故障的隐患消灭在图纸设计阶段。
综上所述,人们借助计算机对流体机械内部的流动进行数值模拟成为可能,CFD方法将在一定程度上取代实验,以达到降低成本、缩短研制周期的目的,并且数值模拟可提供丰富的流场信息,为设计者设计和改进流体机械提供依据。
因此,人们深信CFD方法是现在和未来研制流体机械必不可少的工具和手段,它使设计者以最快、最经济的途径,从流体流动机理出发,寻求提高性能的设计思想和设计方案,从满足多种约束条件下获取最佳的设计,可以说CFD方法为流体机械设计提供了新的途径。
由于许多程序是在以前的研究成果的基础上编制成的,适用范围有限,制约了CFD方法在工程中的广泛应用。
为了加快计算流体力学最新研究成果向工程应用的转换速度,开创计算流体动力学研究与应用的新局面,本文基于目前CFD方法新的研究成果,编制了适用速度范围宽的通用程序,Ξ本文研究系机械工业部自然科学基金资助项目收稿日期:1999—10—08并通过几个典型应用实例,验证了程序的正确性和可靠性。
2 CFD 方法211 数学模型近二、三十年来,时间推进法广泛应用于亚音速、跨音速和超音速等可压缩流动的数值计算。
对于低马赫数和不可压缩流动,由于其流速与音速相差很大,采用时间推进法对其进行数值模拟,效果不太好。
为了继续应用时间推进法,许多研究者采用预处理方法解决此问题。
该方法通过预处理矩阵将基于密度的控制方程组改为基于压力的控制方程组。
目前,预处理方法研究日益广泛,已经推广应用于任意马赫数的可压缩流动和不可压缩流动。
由于流体装置的许多流道是弯曲、不规则的,所以本文采用任意曲线坐标系三维可压缩预处理Navier 2Stokes 方程组来描述流道内部流动,其形式为:Γ5W 5t +5F Ci 5ξi -5F Vi5ξi=0其中,F C i 、F Vi 分别是对流通量和粘性通量,其定义参见文献[1];W =[p ,u ,v ,w ,T ]T;Γ是预处理矩阵,其定义参见文献[2]。
212 计算方法21211 差分格式本文程序采用有限容积法求解流体流动控制方程组。
对流项的离散采用具有高精度和高分辨率的AUS MPW +格式[3]。
粘性项采用中心差分格式。
21212 离散方程组的求解在以往的程序中,广泛应用隐式时间推进法,但由于该方法要进行矩阵求逆,需要较多计算机内存和计算时间。
本文程序采用Y oon 和James on[4]新提出的Lu -SG S 方法,该方法不需要进行矩阵求逆,节省了计算时间,对计算机内存要求不高。
这样处理,便于CFD 程序在工程上应用和普及。
3 程序编制根据上述的理论和方法,编制了流动数值模拟计算程序。
程序编制框图如图1所示。
否是输出流场数据和图形判断是否满足收敛指标?求解离散控制方程生成网格和给定初始流场输入几何边界条件和流动条件图1 程序编制框图4 工程应用实例为了验证编制程序的正确性和可靠性,本文选择几个有实验结果或数值计算结果的典型应用实例,通过该程序对其内部流场进行数值模拟,并与文献结果进行对比分析。
411 圆弧凸包通道流动圆弧凸包通道的高度H 和其下壁面处的圆弧凸包长度C 均为1,通道总长为3,圆弧凸包相对高度T ΠC =0.1,网格数为97×49。
进口马赫数为012,其整个区域的马赫数分布如图2所示。
通过与文献数据比较,两者相符很好。
这说明本文程序能正确模拟低马赫数的流动。
图2 通道内部流动的马赫数分布412 叶栅内部流动41211 双圆弧平面叶栅几何参数为了便于评价本程序计算结果的正确性和可靠性,选取的双圆弧平面叶栅主要几何参数和网格节点数及网格分布均与有关文献相同,见图3。
图3 叶栅的几何参数和网格分布41212 叶轮内部流动分析选取叶轮流动的四个典型工况进行数值试验。
它们的进口马赫数分别为015、01675、116,分别对应的流动为亚音速流动、跨音速流动和超音速流动。
通过本文程序的数值分析,得到了这些工况流动的流场信息,其整个区域的马赫数分布如图4所示。
计算结果与文献[5]结果比较表明,两者相符很好。
这说明对叶轮流动的四个典型工况的数值分析是正确的,并且准确捕捉了跨音速叶轮流动中的激波,确定了激波位置,并且激波前后没有发现大的数值振荡。
图4 叶栅内部流动的马赫数分布 413 拉伐尔喷管内部流动该应用实例的特点是马赫数变化范围大M 012～210),文献[6]给出了2种不同喷管可压缩流动的实验数据,B 1和B 2两个喷管的基本几何尺寸是相同的,两者的主要差别在于喷管的喉部,B 2喷管较B 1喷管在喉部处的过渡要光滑一些。
也正是由于喉部的不同,导致2个喷管在性能上的差异,这就要求数值计算能够准确地区分2个喷管在性能上的差异。
基于上述原因,本文特选取文献[6]中B 1和B2两个拉伐尔喷管作为应用实例,检验本文程序模拟低速到超音速范围内粘性流动的可行性和有效性。
喷管的详细几何参数可参见文献[6],网络数为97×61,网格在壁面和喉部处适当加密。
图5 沿喷管中心线的压力分布图6 沿喷管壁面的压力分布通过本文程序对B1和B2喷管内部流动进行了数值模拟,沿中心线和壁面的压力分布以及与实验数据的比较如图4和图5所示。
由比较可以看出,本文的计算结果与实验结果相符很好,准确区分了B1和B2两个喷管在性能上的差异。
5 结论本文成功地应用编制的流动计算程序对不同马赫数的通道、叶轮和喷管内部的可压缩流动进行了数值模拟,数值模拟结果与文献的实验结果或数值结果一致,表明该程序可以广泛应用于低速到超音速范围内流动的数值模拟,为流体工程设计者提供依据,有广泛的应用前景。
参考文献1 沈孟育,周盛,林保真1叶轮机械中的跨音速流动1北京:科学出版社,19882 马铁犹1计算流体力学1北京:北京航空学院出版社,19863 K yu H ong K im,Chong G am K im,Oh Hyun Rho.Accu2 rate C omputations of Hypers onic Flows Using AUS M2PW+Scheme and Shock2aligened G rid T echnique,AI AA paper98-2442,19984 Y oon S,James on A.Lower2Upper Symmetric2G auss2 Seidel Method for the Euler and Navier2S tokesEquations.AI AA Journal.1986;24:1453～1460.5 Park T S,K w on J H.An improved Multistage T ime S tepping for Second2Order Upwind T VD Schemes.C omputer&Fluids,1996;25(4):629～645.6 Mas on M L,Putnam L E,Re J.T eh E ffect of ThroatC ontouring on T w o2Dimensional C onverging2DivergingN ozzle at S tatic C ondition.NAS A T N-1704,1980 作简简介:赵兴艳,男,32岁,博士生,从事叶轮机械内部流动的数值计算和压气机优化设计理论的研究。
通讯地址:710049陕西西安市西安交通大学流体机械系。
轴向掠叶片对涡轮静叶栅流场气动及声学特性的影响Ξ上海理工大学 杨爱玲 陈康民摘 要 通过数值模拟计算了采用轴向前掠、后掠及径向三种不同叶片型式的涡轮静叶栅流场,并根据计算结果分析了各流场流动参数沿流向、径向的分布特点,以及轴向前掠涡轮叶栅降噪增效、轴向后掠叶片恶化涡轮静叶栅气动及噪声特性的根本原因。
关键词 轴向掠叶片 静叶栅 气动—声学性能 中小型风机是机械、化工和电子等行业应用非常广泛的通用机械,风机的性能和噪声问题一直是困扰风机设计和应用的两个问题。
采用叶片的气动掠技术提高叶栅的性能是一新的发展方向,国内外科研人员对此进行了研究。
文献[1]实验研究和数值分析方法就气动掠动叶对压气机跨音速叶栅的性能影响这一问题进行了分析,研究表明动叶前掠在获得理想效率的同时可以明显扩大转子的稳定工作范围,而后掠对动叶的稳定工作范围产生了负面影响。
蔡娜博士曾进行了小型风机的气动—声学性能的实验研究[2,3],从实验角度研究了不同工况下动叶轴向掠、周向弯和径向三种情况下风机的气动性能和声学特征,结果表明轴向掠动叶不仅降低了叶栅的能量损失,扩大了风机稳定工作范围,而且还提高了风机的声学性能,降低了噪声。
但是,关于轴向掠叶片提高叶栅气动—声学性能的机理以及轴向掠技术在静叶栅中的应用等问题的研究还比较缺乏,为了更好地利用叶片掠技术,降低风机的能耗和噪声,对叶片轴向掠技术进行深入研究是很有必要的。