S_1流面跨声流场流函数矩阵解

跨声速叶栅流的计算,可采用时间相关法求解Euler方程,或用松弛方法求解势函数方程和流函数方程。一般说来,时间相关法耗费机时较多,势函数方法仅对无旋流适用。流函数方法适用于二元有旋流的计算,并且边界条件也较为简单,可方便地进行S_1和S_2两类流面迭代得到三元解。流函数方法的跨声计算最大的困难是密度双值问题     

跨声速叶栅流计算中边界层的影响

一、引言 在跨声速叶栅流的计算中,边界层的影响是值得重视的。特别是进口M数较高时,存在较强的激波,逆压梯度较大,使得边界层发生较大的变化,可能发生分离。另外,在跨声速叶栅流中通道接近声速堵塞时,边界层位移厚度的微小变化可能引起主流区流动图案的较大变化。本文采用主流-边界层迭代的计算方法来考察边界层对计算的影响,将文献[1]中的流函数方法作为跨声速主流区的计算方法,用文献[2]中的参考焓方法作为边界层的计算方法。应用这两个计算方法进行主流-边界层相互作用的迭代计算,对四个跨声速叶栅的主流和边界层进行了计算,考察了边界层对计算结果的影响,发现考虑边界层修     

给定激波模型的叶栅跨声流的计算

本文提出了一个已知激波形状的情况下计算跨声速叶栅流场的方法,通道中只有一道激波并且激波后的气流速度低于声速。对超声区和亚声区分开进行计算,两区连接处满足激波关系.典型算例表明,本方法能迅速而精确地决定整个叶栅流场,得到的压力系数和唯一进气角都较好地符合实验值。计算结果不只提供了整个流场的流线分布和马氏数分布,并且还提供各流线上气流各参量变化的情况,特别是通过激波时的突跃变化。     

使用非正交曲线坐标与非正交速度分量的跨声速S_2流面势函数方程人工可压缩性迭代解

本文推导建立了适于求解跨声速轴流式压气机转子中S_2流面正问题的全守恒型势函数方程,方程的求解采用人工密度的方法和一种新的Φ-ρ(Γ)迭代方法,能在S_2流面上自动捕获激波.用本方法编制的计算机程序对西德DFVLR单级跨声速轴流式压气机转子的一个最高效率点实验工况进行了验算,并将计算结果与实验结果作了比较。     

跨声速叶栅流动中激波与层流边界层干扰的分析与计算

基于实验结果,对流动模型进行了分析。提出了叶栅通道内激波系中“主要分支”的概念。此主要分支位于激波系的前沿。边界层外部流动M数在此发生最剧烈的下降。由于激波系的不稳定,叶栅实验中的非二维性,光学玻璃窗的折射等原因,使纹影照片中激波阴影加宽,而阴影的宽度并不体现激波强度。对包括激波与层流边界层干扰的跨声速边界层的特点进行了讨论,并编制了一个计算程序。用该程序计算了一个典型的超声速入口,M_i=1.34,跨声速叶栅边界层的发展。其结果与实验数据相比,有很好的一致性。进一步证实了所提出的主要分支概念,该计算简便,在UNIVAC-1100机上仅需2—3分钟CPU时间。     

跨声流函数方程的多层网格-强隐式解法

本文是文献[1]工作的继续,是研究在多层网格上采用强隐式过程(即Strogly Implicit Procedure)求解跨声速流函数方程的问题。使用多层网格技术,可消除不同频率或波长的误差分量,有助于残差下降;在每层求解中采用强隐式解法将五对角系数矩阵变为七对角阵以便快速因式分解获取流函数场。文中以四层网格为例,详细研究了在每层求解流函数方程时采用强隐式解和在任意两层间使用FAS法(即Full APProximation Storage)时层间转换等一些重要技术细节,计算了一组典型跨声速双圆弧平面叶栅,所得结果与实验较吻合,并且残差收敛速度要比单层网格快得多,表明多层网格法十分有效。     

任意迴转面叶栅超声速进口流场特征线法计算机程序和唯一进气角的确定

根据吴仲华提出的基本方程,采用特征线法,对任意迴转面叶栅超声速进口流场的计算编制了计算机程序.计算中特征线方程中的系数是采用特征线两端的平均值,因而需要进行迭代.为了提高计算精度,并提出了一种最近三点二元插值法.叶栅前缘脱体激波的形状和位置是采用Moeckel提出的近似方法确定的.为了满足叶栅流动周期性条件,在计算中对叶栅各个通道进行逐个计算,直到相邻通道中流动情况相同为止.根据守恒条件,确定了无限远来流状态.最后讨论了根据这些计算确定唯一进气角的方法,并给出了计算实例.     

跨声速轴流式压气机超声速进气迴转面的理论分析

从通过激波时由于气流相对速度数值和方向的改变导致气流绝对速度和其切向分量的突跃出发,应用平面斜激波的关系,建立了△(V_θr)、损失和总压比的表达式,从理论上阐明了通过激波时气体增压这一重要现象。参考实验结果,假定通道激波的位置、形状,在进口区用特征线法,对超声速进气迴转面进行了理论分析。从这些分析可以看出跨声速压气和机的一些特点。计算还表明,在通道中线的出口处,速度矩V_θr,与中心S_z流面反问题计算时给定的数值相近;而将考虑了激波得出的V_θr,△s/R和流片厚度代入中心S_z流面计算所得的Mach数分布与常规的平均S_z计算结果在叶片排中,特别是在激波前后有很大的不同。     

平面叶栅栅前激波的改进模型

一、前言 跨超声速压气机的研制与发展,促进了对超声速来流叶栅的研究。当来流的轴向速度分量为亚声速时,存在着唯一进气角关系式β_∞=f(M_∞)。在准确计算这一数值关系时,就会碰到一个如何确定栅前激波形状和位置的问题。对于单翼或孤立钝体已有了若干近似方法,用来确定脱体激波的形状和位置。但对于叶栅,由于激波前的流场是不均匀的,与单翼的情况不同,至今还没有一个叶栅的激波模型。因此,世界各国的研究者     

平面叶栅跨声速流动的计算——中心流线法的某些发展(四)

由于中心流线法的公式在亚声速与超声速时是一致的,且在M=1时没有奇点,所以可以利用它来计算跨声速叶栅中的无强激波流动.将计算结果与实验数据比较,说明这样做是可行的.文中还分析了此法的大致应用范围.     

使用非正交曲线坐标与速度分量的S_1流面跨声速流函数解

在非正交曲线坐标系上采用守恒型流函数方程,用人工可压缩性方法解任意(辶回)转面上叶栅跨音流动,考虑了通过激波间断的熵增。用速度梯度方程积分的方法解决了密度双值问题。并试验比较了几种数值计算方法。     

跨音叶栅多种命题的流函数解法

在求解跨音叶栅反命题及形形色色混合型命题时,将该命题所规定的边界条件均设法转换成用流函数ψ来表示的边界条件,从而得出物理概念十分清晰的形式比较统一的迭代求解途径.对跨音反命题的一些计算指出,本文方法是可行的,且有算例表明,此方法也可用来作为设计无激波超临界叶栅的一种手段。     

含激波跨声速S_2流面反问题的椭圆型方程间断解

在充分的理论依据之上,通过找到叶轮机械S_2流面反问题运动方程的适当守恒形式,把激波关系嵌入主方程,提出了求子午面速度为亚声速的含激波跨声速S_2反问题的椭圆型方程间断解的数值方法.由于方程是统一的椭圆型的,算法简单可靠.编制了计算机程序并试算了例题.本方法可用于与S_1“激波拟合——分区计算”的跨声速三元流动迭代求解方法中.     

跨声速任意迴转面叶栅流分区计算

本文进一步发展了文献[1]的方法:通道激波前超声区用特征线法,栅前外伸弓形波采用自动伸展;通道波后亚声或跨声区用文献[2]给出的弱守恒流函数方程、引入人工密度、用中心九点差分格式离散主方程、矩阵分解法解出{ψ}场,由文献[2]的办法决定.{ρ}场;迥转面上几个典型算例表明了本方法的工程实用性.文中讨论了τ、Δs、Ω等对流场的影响;捕获了通道波后仍是跨声流时的激波,气流穿过这道波时参数的突跃已明显反映在计算结果中.     

对转冲压压气机冲压叶栅实验研究

本论文利用激波管风洞对内压式冲压叶栅进行了吹风实验.试验叶片的压力分布由在试验件表面的高频压力传感器测得,通道激波则由压敏纸显示.在试验当中,当来流马赫数为2.0左右时,内压式冲压叶栅的静压升达到了4.7左右,其总压恢复系数也达到了0.8左右的预期值.试验结果验证了内压式冲压叶栅工作原理,同时也证明了内压式冲压叶栅的二维叶型设计方法的有效性,为对转冲压压气机的进一步深入研究奠定了一定的基础.     

非正交座标S_1流面流函数跨音松弛计算

本文在吴仲华教授的叶轮机械三元流动理论的基础上,推导了非正交曲线座标系下的叶轮机械流函数方程及有限差分方程的通用形式.这些方程可用于平面、任意迥转面及任意翘曲的S_1或S_2流面的跨音及亚音流场计算。数值求解中采用了混合差分格式线松弛计算方法。采用了密度预测法由流函数值唯一确定了密度值,解决了流函数方程求解跨音流场的困难,用此方法编制了计算机程序并作了计算,所得结果与实验结果比较一致。     

来流气流角变化对冲压叶栅性能的影响

本文研究的冲压叶栅基于激波增压这一思想,在冲压叶栅内组织了多道斜激波及一道结尾正激波,来实现叶栅的增压效应。采用雷诺平均N-S方程和Menter-SST湍流模型,对冲压叶栅的流场进行数值模拟。数值模拟结果表明,来流气流角在37°与49°之间变化时,冲压叶栅波系可以稳定存在,并且随着来流气流角增大,叶片通道内分离趋于严重,且有竹节波产生,使得叶栅流动分离损失及激波损失加剧,等熵效率降低。     

超跨声涡轮叶栅尾缘激波系流动研究

本文通过分析超跨声涡轮尾缘波系的流动机理给出了详细的尾缘激波系流动图画,强调了尾缘分离激波的重要作用.经过分析,认为基底区压力是通过影响基底区宽度来影响涡轮叶栅尾缘激波强度的.最后将上述机理应用到某叶栅S1计算程序的改进工作中,数值计算和叶栅试验结果表明,改进工作有效提高了该程序对超跨声涡轮叶栅尾缘激波流动的模拟能力.     

使用非正交曲线坐标与非正交速度分量轴流式压气机转子三元跨声速流场势函数方程人工可压缩性——近似分解因式解

本文运用张量方法,推导出使用非正交曲线坐标与非正交速度分量的三元散度形式的势函数方程,并构造了用于求解这一方程所描述的叶轮机械内部三元跨声速流场的人工可压缩性——近似分解因式格式.文中,用本文方法所编排的计算机程序对DFVLR单级轴流式压气机转子三元跨声速流场进行了计算.计算结果表明:本方法计算稳定、收敛迅速、计算结果与实验结果基本一致.     

复杂约束环境下基于控制理论的透平叶栅气动优化

本文应用控制理论,基于网格节点位置坐标直接变分法建立了N-S方程的伴随系统.以叶栅通道内熵增最小为目标函数,并以流量为约束条件,详细推导了具有约束条件的二维N-S方程伴随系统的偏微分方程组及其相应的边界条件和敏感性导数的表达式。建立了基于黏性连续伴随方程和N-S方程的二维叶栅气动优化设计系统,并成功地应用于某一跨音速叶栅的优化设计。对计算结果的分析表明,该方法能够适用于透平叶栅气动优化设计。