本书面对高性能压气机研制中出现的精细湍流机理认识的需求，结合团队多年来在高效高精度数值方法方面的研究工作，针对性地发展了适用于高负荷压气机的高保真DES类方法，重点阐述了DES类方法应用于高保真压气机内流场时存在的关键科学问题以及相应的解决方案，并发展了适用于高保真压气机内流场海量数据的分析方法，形成了从压气机复杂流场结构细节的“可见”到精细流动特征的“可知”这一研究体系。最后以压气机叶根角区、叶尖端区以及进口畸变模拟器三大典型工程问题为牵引，通过与高空间分辨率的实验测量结果比对，展示了DES类方法在解决实际问题中的应用前景与价值。
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丛书序
前言
第1章绪论
1.1背景介绍001
1.2压气机内部流动特点及现状003
1.2.1压气机内部流动特点003
1.2.2压气机内部流动的认识006
1.2.3压气机内部流动数值模拟面临的挑战013
1.3压气机内部复杂流动数值方法014
1.3.1无黏数值模拟方法014
1.3.2雷诺平均维纳斯托克斯数值方法015
1.3.3高保真数值方法的发展016
参考文献019
第2章流动控制方程及DES类数值方法
2.1引言024
2.2可压缩流动的基本控制方程024
2.2.1直角坐标系下控制方程025
2.2.2圆柱坐标系下控制方程026
2.2.3任意坐标系下控制方程028
2.2.4控制方程的无量纲化029
2.3DES类数值方法的提出与保真性影响因素分析030
2.3.1分离涡模拟方法的发展历程030
2.3.2基于简单模型的准确性验证032
2.3.3DES类数值方法保真性影响因素033
2.4高精度时间和空间离散格式039
2.4.1时间离散039
2.4.2空间离散040
2.4.3非均匀网格上的空间离散格式053
2.5DES类数值方法的构造057
2.5.1Spalart-Allmaras模型057
2.5.2DES方法060
2.5.3DDES方法061
2.5.4IDDES方法061
2.5.5ZDES方法063
2.6收敛准则065
参考文献066
第3章基于DES的压气机内流场高保真数值模拟方法
3.1引言070
3.2DES类数值方法应用于压气机流场模拟存在的问题074
3.3压气机内流场网格分辨率评估方法074
3.3.1网格分辨率评估准则074
3.3.2压气机流场分区策略078
3.3.3网格分辨率评估流程079
3.4强逆压流场数值稳定性处理方法080
3.4.1CFL数递增法080
3.4.2数值格式的局部熵修正080
3.4.3湍流模型的变量限定081
3.5压气机内部流动的边界条件处理方法082
3.5.1进口边界条件082
3.5.2出口边界条件083
3.5.3相对无滑移壁面边界条件083
3.5.4周期性边界条件084
3.6压气机内流场数值模拟的并行方法085
3.6.1并行计算概述085
3.6.2基于OpenMP的并行087
3.6.3基于MPI的并行088
3.6.4MPI和OpenMP耦合并行091
3.6.5并行方法验证与测试092
参考文献095
第4章压气机高保真流场海量数据分析方法
4.1引言099
4.2非定常流场的频域分析方法099
4.2.1频谱分析099
4.2.2失速团特性判断102
4.2.3相关性系数及概率统计104
4.3复杂流场的涡识别方法106
4.3.1Q判据108
4.3.2λ2判据109
4.3.3Liutex涡识别方法110
4.4高耦合流场的时空解耦方法111
4.4.1快照POD方法及其在流场分析中的应用111
4.4.2DMD方法及其在流场分析中的应用114
4.4.3POD和DMD方法分析116
参考文献120
第5章压气机叶根角区流动的高保真模拟与分析
5.1引言123
5.2基于DES类数值方法的角区流场数值模拟123
5.2.1可控扩散叶栅123
5.2.2数值模型124
5.3基于实验数据的方法准确性校核125
5.3.1DDES方法对压气机叶片角区模拟准确性验证125
5.3.2DES方法对压气机叶片角区模拟准确性验证128
5.4基于高保真数值流场的角区复杂流动分析129
5.4.1通道内/外主要脉动湍流结构129
5.4.2通道内主要脉动湍流结构时空演化133
5.4.3通道外主要脉动湍流结构时空演化136
5.5基于高保真流场的角区流动不稳定诱因研究139
5.5.1基于时均流场的流场结构分析139
5.5.2基于瞬态流场的流场结构分析143
5.5.3流场不稳定机理研究146
参考文献151
第6章压气机叶顶端区流动的高保真模拟与分析
6.1引言153
6.2基于DDES方法的叶顶端区流场数值模拟154
6.2.1带叶顶间隙的扩压叶栅154
6.2.2数值模拟方法155
6.2.3数值工况的选择156
6.3叶顶端区动态流场分析159
6.3.1非定常涡系结构分析159
6.3.2主要脉动区域分析160
6.3.3流场主要脉动特征分析162
参考文献164
第7章压气机进气畸变发生器流场的高保真模拟与分析
7.1引言165
7.2畸变指数的定义166
7.3基于DDES方法的进气畸变发生器流场数值模拟170
7.3.1物理模型170
7.3.2网格的划分173
7.3.3近壁湍流模型的选择176
7.3.4时空离散格式及边界条件178
7.4基于实验数据的方法准确性校核178
7.4.1稳态数值准确性校核179
7.4.2动态数值模拟准确性校核180
7.5流场畸变指数的影响分析181
7.5.1弦月式插板深度对畸变指数的影响181
7.5.2轴向串联组合式插板深度、轴向间距对畸变指数的影响183
7.5.3周向并联组合式插板深度对畸变指数的影响187
参考文献189
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