首页 理论教育叶片泵设计流场求解的SIMPLE算法

叶片泵设计流场求解的SIMPLE算法

【摘要】:不可压缩流动方程组中没有显式的压力方程,为解决压力求解与速度耦合的问题,Patankar和Spalding提出压力预测-修正方法,称为SIMPLE算法。则修正后的压力和速度计算公式可写为为了求出这些修正量p'、u'和v',这里假设已经知道压力场的正确值p,将p代入式和式,可以得到速度场的正确值u、v。这时将式减去式,有u-u*=u′;将式减去式,有v-v*=v′。综上,可将SIMPLE算法的求解步骤总结为:1)假设压力初场p*。

不可压缩流动方程组中没有显式的压力方程,为解决压力求解与速度耦合的问题,Patankar和Spalding提出压力预测-修正方法,称为SIMPLE算法。它是通过不断地修正预测值,通过反复迭代最后求解出puv的收敛解,其基本思路如下。

首先给出预测的压力分布p*,利用它求解动量方程式,得到初始速度分布u*v*,即

事实上上述方程等号右端的速度u*nbv*nb也是初始假设值,等号左端速度才是计算得到的初始速度分布。一般地,这样求得的速度场u*v*不能满足连续性方程,压力p*也仅仅是一个假设分布,因此需要对压力p*和速度u*v*进行修正。设压力修正量为p',速度修正量为u'v'。则修正后的压力和速度计算公式可写为

为了求出这些修正量p'u'v',这里假设已经知道压力场的正确值p,将p代入式(1.2-16)和式(1.2-17),可以得到速度场的正确值uv。这时将式(1.2-16)减去式(1.2-18),有u-u*=u′;将式(1.2-17)减去式(1.2-19),有v-v*=v′。从而可以得到速度修正量的表达式,结果为

由式(1.2-20)~式(1.2-24)可得

可见,速度修正量

同理可以写出南北方向的vIj+1和东西方向的ui+1,J

式中

将上面关系式代入连续方程,可得

整理后可得

整理并归一化,就可得到压力修正方程

式(1.2-37)是由连续性方程导出的压力修正方程。方程中源项b'物理意义是:由于速度场的不正确引起的不平衡流量。通过多次迭代修正,最终b'应趋于零,所以b'可以作为判断迭代过程是否满足要求的判据。

综上,可将SIMPLE算法的求解步骤总结为:

1)假设压力初场p*

2)求解运动方程,得到速度场u*v*

3)求解压力修正方程,计算p'

4)修正速度场uv,修正压力场p

以新的压力场p代替p*,重复2)开始的步骤,直至满足收敛判别条件。