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在科学技术飞快进步的背景下,计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)已成为研究离心泵内部流动特性的重要手段。网格是CFD数值计算的关键,其质量直接影响着数值计算的精度和收敛性。混合网格既有结构网格数值求解精度高、效率高以及稳定性好的特点,又有非结构网格灵活性强的优点,因此,混合网格生成技术在离心泵网格生成中得到了广泛的应用。 本文在国家自然科学基金项目“基于RM-DT算法的水泵CFD非结构网格生成研究”(No.51179075)的资助下,结合理论分析、数值计算以及试验研究,提出了一种适用于离心泵的混合网格生成算法。本文的主要工作内容及成果如下: 1.系统总结概括了国内外网格生成技术,详细介绍了网格生成和优化算法的研究进展,重点阐述了混合网格生成及优化算法存在的难点和问题。 2.综合采用PIV测试、外特性试验、网格无关性以及网格收敛指数(GridConvergence Index,GCI)分析等方法,研究了不同类型网格对离心泵内流数值计算结果的影响。首先对离心泵进行了PIV和外特性试验,分析了不同工况下离心泵叶轮及蜗壳内部的速度分布情况;在此基础上,对不同类型网格进行了网格无关性验证,并分析了不同类型网格无关解时内流及外特性的差异;为了进一步评估不同网格类型对CFD数值计算误差的影响,对每种型网格分别选取三套网格(获得网格无关解的网格)进行网格收敛性分析。结果表明,在仅考虑计算精度的情况下结构网格计算精度最高,但综合考虑网格划分难易和计算精度,混合网格对于离心泵内流计算优势明显。 3.针对层推进法难以生成高质量边界网格以及易出现违背流形可视化条件的三棱柱单元等问题,提出了一种确定层推进矢量的方法。首先创建构成楔形最严重(角度最大)的两个流行面的相交矢量;接着定义一个与相交矢量平行的矢量,并求解其与所有流行面的交点;最后选择与节点构成角度最大的两个点,并求其与节点连线的平分矢量,该矢量方向即为节点的推进方向。此外,还研究了确定推进步长过程中棱柱层数及比例系数等关键因素对于边界网格质量的影响。结果表明,棱柱层数越少,网格质量越高,单元数越少,但网格层数过少无法准确计算边界层内的粘性流动;比例系数越小,网格质量越高,单元数越多。因此,基于计算精度和计算效率考虑,推荐层数为3,比例系数为1。 4.对比分析了6种不同求最优解方法在迭代次数以及需求精度等因素变化情况下对混合网格优化效果的影响,建立了一种基于三角形形状特性和棱柱侧边正交性(三棱柱网格单元)的目标函数,通过数值算例分析了该目标函数不同权重系数对优化效果的影响,并。结果表明,结合共轭梯度法和二分法的求最优解方法且权重系数取0.2时,优化效果和优化效率最好。