气体离心机流场数值模拟方法与应用

"高速旋转气体离心机流场的数值模拟 (1982年)" 本文主要探讨了高速旋转气体离心机内部流场的数值模拟方法。该研究基于"近刚性转动"的假设，通过线性化处理Navier-Stokes方程组，以适应实际的边界条件和转子内的充气量情况。作者提出了一种利用有限差分法进行数值分析的策略，这种方法在处理一阶导数时，通过延展坐标变换和分散取值技术来避免中心差分格式可能导致的奇偶步长分裂问题。 在建立差分方程时，采用适当的坐标变换，确保了计算的稳定性和精度。此外，文章还提到了直接应用列主元高斯消去法解线性方程组，这是一种高效的求解线性系统的数值方法。为了验证所提出的数值模拟方法，文中给出了两个实际算例：一是侧壁热驱动的离心机流场模拟，二是端盖机械驱动的离心机流场模拟。 在流场模拟中，涉及了一系列的边界条件，如速度边界条件（U/=0, Vl1=0）和压力边界条件（UMi=O, VMi=O），以及温度边界条件（T,."i+Ti,." = Tw(•)），其中TiM是转子内部的温度分布。此外，还考虑了流体动力学中的连续性方程（如Ujl+Uj2=0）、动量守恒方程（如N’~V’ = r(g).6.QB）以及能量方程（如Tjl + Tj2 = NŒ!’F-L=Tdt）。 在离心机的几何结构中，考虑到径向和周向的速度分量（如UjN=0, UjN+UjN-l=0），以及轴向的温度分布（如TjN = TjNN1, TjN+TjN-l = 2TjN），这些方程和条件共同构建了流场模拟的数学模型。为了描述流体在离心机内部的流动行为，还引入了非均匀压力梯度（如A(rh2-1)(p/-T/)rh(i)(rj - rj_l)(Zj+l-Zj)=0）。 通过上述数学模型和数值方法，研究人员能够预测和分析高速旋转气体离心机中复杂的流体力学现象，包括压力分布、温度变化、流速以及涡旋等，这对于优化离心机设计、提高分离效率和稳定性具有重要意义。同时，这些数值模拟结果也为实验数据提供了理论依据，有助于深入理解气体离心机的工作原理和性能优化。