第二章 涡轮增压器压气机流场计算

2.4.5 计算收敛结果判定以及收敛技巧

    1.收敛结果的判定

    判断计算是否收敛，通常采用以下几个标准作为参考：

    1)全局残差下降三个量级以上。收敛准则最重要的一个参数是进出口流量，可设定进出口流量相对误差小于0.5%，且流量不再发生变化。

    2)对于定常计算，所有的总体性能（效率、压比等）都应当变为恒定值，不再随迭代步数而变化。

    3)对于非定常计算，所有的总体性能（效率、压比等）都应出现规律性的周期性波动。

    2.收敛技巧

    1)高速旋转的压气机，如果给定流量边界条件，可能出现“堵塞”。这种情况下，可把出口边界条件设为静压。

    2)模拟的工质是真实气体，遇到收敛困难的情况下，建议先选用理想气体。

    3)低马赫数情况下，指定一个Blend factor而不是采用默认的二阶格式，这是因为前者收敛快，并把Blend factor设为0.75。

    4)开始计算时，可以采用比较容易收敛的边界和转速条件，随着计算的推进，再逐渐修改。

2.4.6 压气机压比参数仿真结果验证

    本节通过压气机压比系数仿真计算，并通过台架试验结果验证流场模型的正确性。流场计算时考虑定常流动，且动静界面采用滑移界面法。

    图2-13给出了100000r/min（流量在0.0425kg/s左右）、120000r/min（流量在0.0575kg/s左右）、140000r/min（流量在0.0725kg/s左右）三种转速条件下计算及两次实验所得的压气机效率及总压比特性曲线。在以上三种转速条件下，计算所得的压气机总压比特性与两次实验所得结果以及厂家给定的参数一致性较好。在进口参数一定的情况下，由于压气机的压比决定于压气机出口总压与总温，且温度的精度对于效率的影响极为显著。考虑到计算工作量的原因，叶轮流道内采用了较少的网格数目。随着流量的减小，较少的网格数目对于捕捉此复杂的流动细节存在着一定的局限，这将很大程度上影响流动参数尤其是气体温度的计算精度。另外，实验过程中，压气机外壳始终与环境大气存在着较强的热量交换，环境大气起到了冷却压气机的作用。而在计算过程中，假定计算域内的所有固壁皆为绝热壁，即不与外界发生热量交换，这将直接导致计算所得的压气机出口温度与实验中的压气机出口实际温度存在一定偏差，从而引起计算与实验结果稍有偏差。因而本文认为叶轮流道计算网格数目及压气机与环境的换热影响是导致计算与实验所得出现偏差的主要诱因。

图2-13 压气机总压比特性