一种用于叶片泵瞬态自流过程的CFD-6DOF强耦合数值计算方法与流程

技术特征：
1.一种用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，包括：s1：建立泵自流被动旋转系统的流体动力学几何模型文件；s2：对泵旋转域和静止域进行离散化处理和网格划分；s3：耦合流体动力学控制方程和六自由度运动方程；s4：设定流场的初始边界条件以及转子刚体结构的固有物理性质；s5：基于当前时间步下流场的速度-压力值计算转子结构壁面各网格节点受流体力作用而产生的力矩；s6：根据转子壁面网格节点上的受力情况，基于六自由度运动方程计算所述步骤s5时间步下的转子受流体作用产生的角速度，并获得当前时间步下的角位移；s7：基于所述步骤s6计算的角位移结果更新旋转域各网格节点位置，并根据网格运动对通量场进行修正；s8：根据流体动力学控制方程求解系统下一时间步的流场，对流场进行迭代修正，使得速度场满足连续性方程，并回到步骤s5对每个时间步进行循环计算，直到完成所有时间步的计算后，停止循环输出结果；s9：对各个时间步计算得到的角位移进行微分，得到转子角速度的变化情况以及泵瞬态自流过程中的流场演化规律。2.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：基于给定的叶片泵几何参数，在creo中建立泵旋转域和静止域的流场模型，并设置结构材料属性，计算转子刚体结构的物理参数；3.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s2包括：将所述步骤s1建立的泵系统几何模型文件导入icem cfd软件中，特征识别并定义边界面属性，采用结构化分块方法对泵的各计算域进行六面体网格划分，在蜗壳隔舌、叶片进口和间隙位置进行网格加密。4.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：步骤s3.1：采用纳维-斯托克斯方程求解泵在自流过程中的流场，其控制方程组包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，其中：质量守恒方程如下：其中，ρ为流体质点的密度，t为时间，v为流体速度矢量；动量守恒方程为：
其中，p为流体微元控制体上的压力，τ
xx
、τ
xy
、τ
xz
等为x、y、z方向上微元体表面上所受粘性应力τ的分量，f
x
、f
y
、f
z
为微元体在x、y、z方向上的质量力的分量；能量守恒方程为：式中，为单位质量的体积加热率，ρ为流体密度，v为流体速度矢量，f为单位质量流体微团上的体积力，u、v、w分别为x、y、z方向上的速度分量，(e v2)/2为内能与动能之和；步骤s3.2：耦合欧拉动力学方程，用于计算叶片泵受自流冲击转子被动旋转的角速度情况，控制方程如下：其中，l为惯性矩张量，为力矩矢量，为角速度矢量，为角加速度。5.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：泵旋转域与静止域交界面采用滑移网格方法，进出口分别采用速度进口和压力出口的边界条件；定义离散格式，对流项采用二阶迎风格式，压力速度耦合采用pimple算法；定义泵转子六自由度运动属性，设置其质量、转动惯量、运动约束、重力和阻力矩，确定旋转中心和转轴坐标，使转子仅能绕轴旋转；根据网格最值尺寸设置动网格重构和光顺参数。6.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s5具体为：根据转子旋转壁面节点上的压力值，计算转子的受力和力矩情况，并且在六自由度运动中，需要将力矩从惯性坐标系转换为体坐标系，如下：其中r为变换矩阵，如下：其中，c
x
＝cos(x)，s
x
＝sin(x)，角度θ和ψ为欧拉角，分别表示绕z、x和y轴的旋转角度。7.根据权利要求1所述的用于叶片泵瞬态自流过程的cfd-6dof强耦合数值计算方法，其特征在于，所述步骤s8中，采用压力修正算法对流场进行迭代修正。

技术总结
本发明提供了一种用于叶片泵瞬态自流过程的CFD-6DOF强耦合数值计算方法，包括：S1：建立流体动力学几何模型文件；S2：进行离散化处理和网格划分；S3：耦合流体动力学控制方程和六自由度运动方程；S4：设定初始边界条件以及转子刚体结构的固有物理性质；S5：计算转子结构壁面各网格节点产生的力矩；S6：计算S5时间步下的转子产生的角速度，获得角位移；S7：更新旋转域各网格节点位置，对通量场进行修正；S8：求解系统下一时间步的流场，对流场迭代修正，回到S5对每个时间步进行循环计算，直到完成所有时间步的计算，输出结果；S9：对各个时间步计算得到的角位移进行微分。本发明能获得泵自流过程流场的瞬态演化规律，使数值分析结果更接近实际工程需要。近实际工程需要。近实际工程需要。


技术研发人员：刘厚林 周润泽 陈晖 李鹏飞 任孝文 董亮 王勇
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/8/16