算例验证:NASA Rotor 67

算例验证:NASA Rotor 67-有驾

NASA Rotor 67是NASA在80年代末设计并进行实验验证的一款多级压气机中的风扇转子。由于其详细的实验数据,它常被用作验证CFD软件精度的案例。

NASA Rotor 67的基本设计参数概览:

设计转速:16043转/分钟;叶尖相对马赫数:1.38;设计压比:1.63;设计流量:33.25千克/秒

NASA Rotor 67的基本几何尺寸如下:

转子直径:约0.5米;叶片弦长:约0.1米;叶顶间隙:约1毫米

算例验证:NASA Rotor 67-有驾

所用工具简介

在本工作中,我们主要采用了以下软件工具:

网格生成:NUMECA Autogrid (版本 11.2);流场求解器一:NUMECA FINE/Turbo;流场求解器二:NutsCFD

网格划分过程

通过导入geomturbo文件,其中包含叶片的几何信息以及流道上下边界的曲线数据,我们在Autogrid中生成了三种不同密度的网格,以下是网格的示意图。

算例验证:NASA Rotor 67-有驾

这三套网格逐步加密,遵循各向均匀加密的原则。以下是三套网格的关键参数对比表。

算例验证:NASA Rotor 67-有驾

流场计算结果分析

我们利用NUMECA FINE/Turbo和NutsCFD两个求解器,分别在不同网格上进行了稳态流场的计算,得到了压比和效率曲线,并与实验测量数据进行了比较。以下是两个求解器的关键参数总结:

NUMECA FINE/Turbo:

收敛判据:残差下降10个量级;对流项离散:Central scheme with scalar dissipation;湍流模型:Spalart--Allmaras;壁面函数:未使用

NutsCFD:

收敛判据:残差下降10个量级;对流项离散:Roe scheme, 2nd-order via linear reconstruction;湍流模型:Spalart--Allmaras with helicity correction;壁面函数:未使用

算例验证:NASA Rotor 67-有驾

经过初步分析,我们得出以下结论:

NUMECA FINE/Turbo和NutsCFD均能较为准确地预测NASA Rotor 67的稳态性能曲线;对于FINE/Turbo,从粗到细网格并未实现“网格收敛”,压比和性能仍在显著提升;网格密度对裕度的影响似乎很显著;在粗网格上,NutsCFD计算的压比和效率更接近试验值;这种差异是源于主流离散方法的不同还是湍流方程的不同,目前尚不清楚。

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