147科技创新摘要：因为在实际的流体机械设计中，我们需要计算好低速和超音速之间的无粘合性流动，所以综合使用 CFD 方法就能够比较准确的计算出这一速度情况下的流体，它们所表现出来的物理特性，CFD 方法应用于流体机械设计的过程中就能够使得流体的分析和设计更加科学，并且具有较高的工程应用意义。关键词：CFD 方法；流体机械；设计随着科学技术进步和经济的发展，许多领域对高能流体的机械设计要求越来越高的，所以为了适应当前的社会需要，就必须做好对流体机械的设计并且也要考虑到实际的资金需求和时间需求，显然要想设计出比较高性能的流体机械，传统的设计方法已经不能...
147科技创新摘要：因为在实际的流体机械设计中，我们需要计算好低速和超音速之间的无粘合性流动，所以综合使用 CFD 方法就能够比较准确的计算出这一速度情况下的流体，它们所表现出来的物理特性，CFD 方法应用于流体机械设计的过程中就能够使得流体的分析和设计更加科学，并且具有较高的工程应用意义。关键词：CFD 方法；流体机械；设计随着科学技术进步和经济的发展，许多领域对高能流体的机械设计要求越来越高的，所以为了适应当前的社会需要，就必须做好对流体机械的设计并且也要考虑到实际的资金需求和时间需求，显然要想设计出比较高性能的流体机械，传统的设计方法已经不能够符合当前时代的需要，所以就需要进行新型的设计方法分析，采用比较现代化的设计方法，这就要求设计者必须要掌握流体的性能和相关的内部状况，从而进行一定的设计，而 CFD 方法就是比较符合这一课题的全新设计方法。一、CFD 方法（一）数学模型随着近些年来流体计算方法的不断发展，时间推进法在亚音速跨音速和超音速等方面的应用也越来越广泛，并且由于它计算上对时间进行倒推计算方法，使得对这方面的计算比较科学，并且相关的误差也是比较小的。再者，通过时间推进法，取得了与处理方法上的进步，这也体现出了时间推进法在实际的应用过程中对问题的解决是有一定的促进作用的。但是目前随着相关的工程应用体系的不断发展，使得该处理方法的应用范围也越来越广泛，并且体现出了更多的优势。众所周知，在流体机械的设计过程中，弯道的设置是比较科学的，因为如果是存在很多直通道，那么就可能会造成很高的冲击力，对设备的长久实用性和可靠性会带来很大的威胁，所以弯道的设计是采用的不规则的形态。所以本文所采用的对任意曲线坐标系中可压缩模型与处理过程中饿的斯托克斯方程，来进行内部流动的分析，这样就能够把一些比较客观的数据转化成数学上的抽象处理方法来进行处理，使得对流通量和粘黏性同量的分析更加方便并且易于求解。（二）计算方法1. 差分格式在进行流体流动控制方程组求解的过程中，可能会遇到一些问题，所以我们采用的是差分格式的方法，因为差分格式就能够充分考虑到前面和后面的流动体积之间的关系，并且通过这一格式，也可以使得对流速的理想化的程度进行一定的分析，从而实现高精度的格式求解。再者，通过差分的计算方式，我们就能够在求解流体流动速度和相关的控制方程组的时候，能够准确考虑到流之前所进行的体积运算的一些相关特性，这样就能够使得在机械设计的过程中能够综合考虑到各方面的影响，并且能够使得我们在机械设计的时候，保证设计更加科学。2. 离散方程组的求解在以往的程序设计中，我们广泛采用的是隐式的推进方法，但是由于该方法在时间求解上存在着一定的隐形关系，那么就使得在对矩阵的求逆运算时，存在着很多的不便，主要是因为计算机自身的运算单元是比较快的，但是这种方法内部的时间复杂性是比较高的，所以本程序我们一般采用优恩和詹姆逊提出的计算方法，这一计算方法，不需要进行矩阵的求逆运算，这样就大大节省了时间并且对计算机的内存要求不高，以便我们后期在 CFD 程序上能够进行一定的修改，并且使得 CFD 的应用更加普遍。二、工程应用实例为了验证程序的可靠性和正确性，我们选择了一些实验结果来进行分析，这样就能够通过一定的程序分析，使得内部的流程，数值进行一定的估量，并且通过与实际的操作相对比，产生比较好的实际模拟效果。（一）圆弧凸包通道流动圆弧凸包通道在实际应用过程中是比较广泛呢，由于自身处于一个比较凸起的状态，那么就可能在机械设备中占据一定的分流作用，所以要做好对包通道的高度和壁面宽度进行一定的处理。按照日常的习惯，我们通常会把高度和长度之间的比值定为 0.1，0.1 是一个比较安全可靠地系数，并且因为系马赫数为 0.2，但是二者之间必须要满足小于的关系，这样就能够保证在实际的流动过程中能够实现一个比较好的流速保障，并且能够保证机械的整体运作在一个可控的范围内。（二）叶轮内部流动分析拉法尔喷管内部主要是采用了一些比较可靠的内部零件的变换，并且对时机的喉管和其他的喷管处进行了一定的处理，使得马赫数变化范围比较大，这样就能够保证在实际的流体处理过程中能够接受比较大冲击量的流体，并且能够满足实际的安全性要求。在叶轮其流动的几个典型的工况条件下，需要准确的捕捉跨音速流动中的激波，并且对激波的位置进行控制，这样就能够保证在激波的接收过程中，前后的震动幅度比较大，这样就可以保证我们在进行相关的记录过程中的时候有一个比较大的可控范围，这样就会使得相关的相对误差比较小。再者，以拉法尔喷管作为应用实例，我们还需要考虑到低速到超音速粘性流动的可行性和有效性，因为粘性流动是一个比较难以控制的部分，要想使得在流体机械的处理过程中能够实现比较好的处理效果，就必须要做到对这一范围的控制，可以通过网格的壁面和喉部的适当加密来实现这一效果。三、结语本文对设备的流动计算程序进行了模拟和分析，通道叶轮和喷管等内部压缩流动环节的处理，使得数值模拟和实验的结果有一个比较好的对应关系，并且针对当前设计方法，在流体机械设计过程中的一些问题做了详细的介绍，就可以保证在低速到超音速阶段内的流动数值实现比较准确的模拟，为流体工程设计者提供了一个比较好的参考依据。（作者单位：辽宁石化职业技术学院）参考文献[1] 孙波 . 大功率调速型液力偶合器轴向力研究 [D]. 吉林大学 ,2011.[2] 苗长山 . 多相泵增压单元的工作理论与设计方法 [D]. 中国石油大学 ,2007.[3] 石祥钟 . 液力变矩器内部三维流动数值模拟与特性预测方法研究[D]. 吉林大学 ,2005.CFD 方法在流体机械设计中的应用探讨◎ 刘爽万方数据