[发明专利]一种旋转叶片精细化流场数值计算方法

说明书

本发明公开了一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，包括以下步骤：步骤1初始化I/O参数，步骤2启动CFD计算，步骤3修正CFD通量，补步骤4启动VPM计算，步骤5判断涡粒子中心与CFD边界点的距离和步骤6判断是否达到设定时间。本发明属于旋转叶片流场数值计算方法技术领域，具体是指一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，实现了CFD/VPM耦合计算，而且在CFD与VPM信息交换过程中，采用VPM直接对CFD网格边界点进行诱导速度计算，同时根据最近最小距离方法实现CFD网格边界节点涡量信息与VPM的信息交换，信息交换效率较高，可以高效率、高精度实现旋转叶片流场精细化计算，节约计算成本。

技术领域

本发明属于旋转叶片流场数值计算方法技术领域，具体是指一种旋转叶片精细化流场数值计算方法。

背景技术

典型的旋转叶片流场具有两个显著的特点：一是叶片近体区域在某些工作状态下存在着分离流等高度非线性的流动现象；二是流场中存在着强烈的叶尖涡，由于叶尖涡具有紧凑的结构特征，且在运动过程中伴随着粘性耗散与扩散，脱落涡干扰等现象，因而很难对其进行准确的数值模拟，目前对于转叶片流场的数值模拟方法主要有：涡方法(VortexMethod)和计算流体力学 (CFD)方法，涡方法主要有传统涡方法和高分辨率离散涡方法-粘性涡粒子法 (VPM)，传统涡方法主要是基于涡线离散法的卷起叶尖涡自由尾迹方法，该方法具有高效数值模拟的优点，但是其基于势流假设，无法计入黏性，导致其计算精度必须依赖经验参数(如涡量衰减因子、涡核半径、叶尖涡卷起规则等)，另外，求解涡面碰撞问题需人为建立涡沿固体表面的运动形态及涡畸变模型，虽然粘性涡粒子法在计算旋转叶片流场时具有计算精度的优势，但是粘性涡粒子法属于拉格朗日描述体系，在处理叶片几何外形和涡量初始化方面比较困难，通常采用涡格法进行涡量初始化，因此无法捕捉叶片近体流域的流动非线性等细节特征和处理复杂的先进几何外形叶片，计算流体力学方法包括基于连续介质假设即采用网格离散的计算流体力学方法和基于分子运动论即采用无网格粒子法离散格子Boltzmann方程的计算流体力学方法，但是网格离散CFD 方法采用有限体积、有限差分或有限元法进行控制方程求解时，离散格式中固有的数值耗散和扩散会使空间流场的尾迹出现非物理衰减，从而导致计算得到的尾迹流场不准确，而基于分子运动论，离散格子Boltzmann方法是从介观动力学理论的角度，将流体抽象成大量的介观粒子，这些粒子在简单的网格上进行迁移和碰撞，通过对反映粒子分布的统计函数进行时空演化获得流体的宏观变量，该方法由于无需划分网格，所以无法精确捕捉壁面附近流场细节流动特征。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，实现了CFD/VPM耦合计算，而且在CFD与VPM信息交换过程中，采用VPM直接对CFD网格边界点进行诱导速度计算，同时根据最近最小距离方法实现CFD网格边界节点涡量信息与VPM的信息交换，信息交换效率较高，可以高效率、高精度实现旋转叶片流场精细化计算，节约计算成本。

本发明的目的是提供一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，包括以下步骤：

计算I/O参数→启动CFD计算→修正CFD通量→启动VPM计算→判断涡粒子中心与CFD边界点的距离→判断是否达到设定时间。

步骤1：初始化I/O参数：给定VPM和CFD计算I/O参数；

步骤2：启动CFD计算：启动CFD计算，计算达到CFD文件输出间隔时，输出边界网格节点速度和涡量信息，然后自动检测VPM文件是否输出，如果有，则读取VPM对CFD边界诱导速度信息；如果没有，则进程等待，直到检测到VPM输出，然后读取VPM对CFD边界诱导速度信息；

步骤3：修正CFD通量：读取VPM对CFD边界网格诱导速度信息，修正 CFD通量，CFD开始下一轮计算；