典型定子转子类机械结构在生活中有很多的应用,例如船用螺旋桨、风机叶片、液力缓速器、电脑硬盘等等;所以研究定子转子中液体流动问题有很大的现实意义。在实际的应用中,有很大一部分定子转子机械是以液体作为工作介质的,例如船用螺旋桨、液力缓速器、搅拌器等。船用螺旋桨自发明以后,是目前使用极广的一种推进器,在整个船舶工业中具有至关重要的作用。液力偶合器在汽车、矿山工业、电力、工程机械等领域有着大量的应用,具有十分重要作用,能够提升工作机的传动品质,减少传递过程中的能源损失,增加巨大的技术经济效益。本文针对定子/转子中液体流动过程中因湍流流动状态复杂而引起的一系列问题,分别选取液力偶合器和螺旋桨作为研究对象,从复杂湍流引起的流场变化方面,通过尺度解析数值计算方法更为精准的计算出了定子/转子中液体流动变化和外部力学特性。设计了缩比螺旋桨PIV试验系统,分析了试验结果,然后将PIV试验和模拟计算的流场进行对比,得出尺度解析方法能更好的捕捉流场细节,证明此方法对于定子转子流场计算时比较适用的。通过本文工作中关于定子/转子中液体流动的研究,不仅可以增加对尺度解析方法的认识,还可以为其他定子转子类机械的流场仿真提供了可靠的借鉴。所做主要研究工作和相关结论如下:1.油介质下定子转子尺度解析数值模拟针对制动工况下液力偶合器内部复杂的瞬态流场,引入先进的尺度解析方法中的LES方法,依据液力偶合器的工作原理和特点,建立了液力偶合器的瞬态流场LES模型,评估了大涡模拟中六种亚格子模型对于偶合器内部流场和性能的预报能力。在制动力矩预测中,DSL和KET在低速时误差最小(小于5%),其他模型误差大于5.6%。随着转速的增加,除SL模型以外的所有子尺度模型的预测误差均保持在4%。结果表明,在涡轮中,DSL和KET捕获了大量的涡旋结构,并提供了相对适中的湍流粘度。在泵轮中,六种亚格子模型都给出了丰富的旋涡结构,通过定性分析其涡旋结构几乎没有差别。总的来说,DSL和KET能够获得更准确的预测结果和更多的流场细节。2.水介质下定子转子稳态数值模拟针对螺旋桨的淌水特性预测的问题,依据螺旋桨的工作原理和特点,提出了基于宽度较大的全流道计算域模型,引入多流动域耦合算法,建立了螺旋桨的稳态k-ε湍流模拟模型。螺旋桨的模拟结果和试验值吻合良好,与已发表的文献相比,模型预测了更准确的淌水性能参数。3.水介质下定子转子尺度解析数值模拟针对螺旋桨的瞬态流场特别是涡旋结构的预测难题,同时考虑降低计算工作量,引入尺寸较大的周期性螺旋桨流道模型,建立了螺旋桨复杂流场的瞬态尺度解析湍流模拟模型。虽然各个尺度解析方法稍微大于稳态计算结果的淌水参数误差值,但是计算值仍然和试验值吻合良好,满足工程要求。分析了瞬态流场的涡旋结构,发现SRS模型能够获得足够丰富的湍流结构。此外,SBES提供比DDES更快速的三维涡旋发展,以及比DLES更有序的涡旋结构。同时,验证了SBES模型在混合层中产生瞬态涡旋结构的能力取决于该区域提供的网格。4.缩比螺旋桨的尺度解析数值模拟和试验验证针对定子转子叶片复杂流场的测量问题,制定了缩比螺旋桨的流场仿真方案,设计了缩比螺旋桨外流场的PIV试验系统,介绍了试验的方案和流程,分析了试验结果,发现试验结果基本满足流场特性。然后将试验结果和仿真结果进行对比分析,发现SBES和试验的速度和涡量的分布特征吻合良好;DLES产生了大量的涡结构,但是涡量值太大并且涡结构过于分散,和试验的涡结构特征不符合;DDES的流场分布特征和试验不符合,而且涡结构发展还不充足。