压气机二维叶型的低速模拟分析

针对二维基元的低速模拟做了一些理论分析探讨,初步理清了二维基元低速模拟过程中的关键因素,并总结必要的设计准则。然后,利用理论分析结果进行一个高速压气机叶型的低速模拟设计。研究结果表明采用叶表无量纲速度分布相似的低速模拟设计准则可以获得较好的低速模拟设计结果,低速模拟设计的叶型从设计点到近失速点之间的气流角损失特性与高速原型具有较好的一致性。     

低速模拟在叶型加工偏差影响研究的应用

加工偏差会使得叶型实际型面偏离理论设计型面,导致叶型的气动性能与理论结果相偏离。由于高速叶型尺寸小、来流马赫数高,不利于几何偏差的精确复现和精细化实验测量,提出了采用低速模拟的方法进行几何偏差影响研究的新方法。在低速模拟技术的基础上,叠加从实际叶型中提取的四中典型偏差模态,通过数值模拟研究方法,对比研究了不同偏差模态在高速原型和低速模拟大尺寸叶型上对叶型气动性能影响的机理,验证了采用低速模拟技术研究加工偏差影响的可靠性。同时,通过数值模拟分析不同偏差形式对叶型气动特性和叶表附面层发展规律的影响,探讨了不同加工偏差模态的影响机理。     

跨音S_1流面反问题流函数方程解法

本文在文献[1—3]的基础上发展了一种不受无旋条件限制的S_1流面跨音反问题的解法.此方法可用于在叶片表面上有局部激波条件下的叶型的设计.可以很方便地获得预先规定的叶片表面的速度分布及叶型周向厚度分布的叶型.在计算中找到了叶型厚度与叶片表面速度分布之间的相互依赖影响关系.从而发展了一种两步求解的物理与数学模型.用此方法能设计出既满足气动性能要求又满足强度性能要求的叶型.编制了计算机程序并对典型的例子作了数值计算,结果是令人满意的.     

高负荷叶栅中康达喷气控制方法的设计及分析

本文采用数值模拟的方法研究了康达喷气对高负荷压气机叶型吸力面分离的抑制效果和作用机理,通过试验设计方法主要分析了康达喷气叶型的三个关键几何参数与喷气量对叶栅总压损失系数、静压升系数的影响。利用基于试验设计方法得到的相关性因子构建回归模型,并对康达喷气叶型的设计方案进行了寻优。最优设计方案在采用与主流流量比为0.01的喷气量时,总压损失系数最低,相比参考叶型减小18.4%;在采用流量比为0.015的喷气量时,静压升系数最高,相比参考叶型增加8.8%。流场分析表明,康达喷气的影响因子通过改变叶型厚度、开缝位置及附面层流体动量来影响其对流场的改善效果。     

高精度高分辨率迎风格式应用于不同速度范围内粘性流动

提出了一种适合于不同速度范围的高精度高分辨率的迎风有限差分格式，并基于此数植模型发展了适应于速度范围极宽的非定常粘性流动通用软件，不仅适用于超音速下捕捉强间断面，跨音速及高亚音速下捕捉弱间断面和滑移面，还可以精确地模拟低速情况下的粘性流动。此软件可分别用于研究内流和外流的流动特性以及预估其粘性损失。     

叶型任意位置损失提取方法及其应用

通过理论推导将边界层总压损失与附面层能量损失厚度、主流速度及密度等参数相关联,用于计算叶型任意位置边界层流动损失大小,并使用数值模拟软件MISES以及CFX完整地校验了该损失分析方法的可靠性,利用该损失提取方法处理了MISES及CFX计算结果,分析了一个典型跨声速叶型吸力面和压力面边界层损失在叶栅内部的发展过程及其随进口气流角的变化规律,从而揭示了该跨音叶型边界层损失的主要来源,为叶型优化设计提供了基础理论支持。     

一种单相机流场速度场三维测量方法

提出了一种用单CCD摄像机进行大型流场三维速度场的测量方法 ,该方法通过利用片光的厚度特征和粒子跟踪算法实现三维速度场的重建 ,通过对模拟脱硫塔中的流场测量证明 ,该方法可以测量定常或低速流场。     

低温氦气透平膨胀机导向叶栅的数值模拟

低温氦气透平膨胀机是大型低温氦制冷系统的关键部件,其导向叶栅对整个透平膨胀机的效率有着重要影响。采用计算流体动力学(CFD)软件CFX,运用标准k-!湍流模型,以低温氦气为工质,对所设计的透平膨胀机导向叶栅进行了全流道数值模拟。导向叶栅采用TC系列叶型。对不同叶型,不同叶片数下导向叶栅进行数值模拟。经过计算,得到了TC-2P、TC-3P、TC-4P三种叶型在设计工况下的结果,发现采用TC-2P叶型时,导向叶栅具有较好的性能,同时得到了导向叶栅性能随着叶片数的变化规律。     

仿生射流孔形状减阻性能数值模拟及实验研究

针对横流中的侧向射流能够减小仿生射流表面摩擦阻力问题, 建立仿生射流表面模型, 利用SST k-ω湍模型对不同射流孔形状的仿生射流表面模型进行数值模拟, 并对数值模拟结果进行了实验验证. 结果表明: 当射流孔的流向长度和展向长度不变时, 3号模型的折线形射流孔减阻效果最好; 将折线形射流孔简化为圆弧形, 当r=3–5 mm时, 减阻率随着射流速度的增大而增大, 当r=4 mm时减阻效果最好, 最大减阻率为9.51%. 减阻原因: 通过射流孔向横向主流场中注入射流流体, 改变了射流表面附近边界层的流场结构, 使得边界层黏性底层厚度增加, 垂直于射流表面的法向速度梯度减小, 从而减小了壁面剪应力; 低速的射流流体被封锁在边界层内, 降低了高速流体对壁面的扫掠, 达到了减阻目的.     

低速轴流涡轮内部流动的大涡模拟

在低进口雷诺数下,低速轴流涡轮内部可能存在复杂的边界层转捩和分离流动。准确模拟边界层转捩和流动分离对低速轴流涡轮的气动设计具有重要意义。本文以某单级低速轴流涡轮为研究对象,采用大涡模拟方法对其在进口雷诺数为20000情况下的内部流动进行了数值模拟研究,并与前期采用全层流模型、S-A模型、Abu-GhannamShaw(AGS)转捩模型的模拟结果进行了对比,对比分析发现,大涡模拟结果与实验结果吻合更好,可以准确模拟该涡轮叶片吸力面的流动分离和叶片通道内的二次流动。由大涡模拟结果可以得出,静叶尾迹和分离使尾迹区的流体流动速度降低,但尾迹对流动角的影响较小。动叶入口低速微团在做周向运动的同时沿径向运动;高速微团主要沿周向运动。静叶叶片表面的分离流存在较大的由叶顶向叶根的径向的运动;动叶吸力面叶顶处也存在较大的分离流动.     

The effect of a cavity on airfoil tones

The presence of a cavity in the pressure surface of an airfoil has been found via experiment to play a role in the production of airfoil tones, which was attributed to the presence of an acoustic feedback loop. The cavity length was sufficiently small that cavity oscillation modes did not occur for most of the investigated chord-based Reynolds number range of 70,000–320,000. The airfoil tonal noise frequencies varied as the position of the cavity was moved along a parallel section at the airfoil's maximum thickness: specifically, for a given velocity, the frequency spacing of the tones was inversely proportional to the geometric distance between the cavity and the trailing edge. The boundary layer instability waves considered responsible for the airfoil tones were only detected downstream of the cavity. This may be the first experimental verification of these aspects of the feedback loop model for airfoil tonal noise.     

YLSG 107高升力翼型主动流动控制的数值模拟

数值模拟零质量射流与YLSG 107翼型绕流的干扰流场,探讨零质量射流在高升力翼型失速控制中的控制效果、控制特性及控制机理.数值模拟以积分形式雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程为控制方程,采用格心有限体积法进行求解.通过在喷口上施加非定常边界吹/吸边界条件模拟射流对翼型绕流的干扰.采用与风洞实验相同的来流状态和控制参数进行数值模拟,得到与实验相吻合的结果.为进一步研究控制特性和控制规律、提出改进的实验方案,研究不同动量系数、不同射流偏角对控制效果的影响,并对法向射流和近切向射流进行较深入的比较.研究表明,先前的风洞实验对应的射流动量系数(0.000 014)偏小是控制效果不显著的重要原因之一,必须达到0.001以上才有明显控制效果(射流动量系数为0.005时可使该翼型失速迎角增大2°,最大升力提高8.7%);近切向射流在失速控制方面明显优于法向射流.     

Optical-velocimetry, wake measurements of lift and induced drag on a wing

Particle Tracking Velocimetry was used, in a low-speed wind-tunnel study, to obtain simultaneous cross-flow velocity measurements in three planar regions downstream of an airfoil having a NACA 0015 profile. In order to measure both the total lift and induced drag, and their distributions on the airfoil, a wake integration technique based on the control volume approach was used. The airfoil model was tested in clean wing configuration and with a 3.33% Gurney flap attached to the trailing edge. The Gurney flap was found to increase the complexity of the wake and cause a systematic increase in lift and induced drag values. The changes in total lift and induced drag resulting from the fitting of a Gurney flap compared very favourably to investigations using traditional aerodynamic techniques demonstrating the validity of the method.     

柔性旋涡发生器对翼型前缘分离的自适应控制

采用边长为10 mm的三角形柔性和刚性旋涡发生器，安装在二维NACA0018翼型上翼面前缘不同弦长处，用于控制翼型前缘分离流动.实验在低速直流式风洞中进行，以翼型弦长为特征长度的Reynolds数Re=1.1×105，采用单丝热线风速仪测量尾流速度剖面.分别研究柔性和刚性两种材料的三角形旋涡发生器对翼型前缘分离的控制效果.实验结果表明，与刚性旋涡发生器相比，柔性旋涡发生器利用来流能量实现自适应控制，使剪切层下移，从而明显抑制前缘分离.      

应用GAO-YONG可压缩湍流模式数值模拟RAE2822翼型绕流

应用Gao-Yong可压缩湍流模式,数值模拟RAE2822二维翼型在两种不同来流情况下的跨音速粘性绕流问题.湍流模式的对流项用ROE格式离散,扩散项用中心差分格式离散,空间离散后的控制方程用多步Runge-Kutta显式时间推进格式求解.计算结果预测了翼型表面的压力系数的分布、平均速度剖面、激波的位置、马赫数等值线等情况.同时,对翼型表面激波与边界层相互干扰以及转捩问题进行分析计算,结果表明,Gao-Yong可压缩湍流模式结合适当的数值方法能够成功地模拟翼型跨音速粘性流动.最后,基于Gao-Yong可压缩湍流模式各项异性湍流粘性的机理,初步提出一种预测转捩起始位置的方法.     

Numerical study of the influence of flow blockage on the aerodynamic coefficients of models in low-speed wind tunnels

With the use of ANSYS Fluent software and ANSYS ICEM CFD calculation grid generator, the flows past a wing airfoil, an infinite cylinder, and 3D blunted bodies located in the open and closed test sections of low-speed wind tunnels were calculated. The mathematical model of the flows included the Reynolds equations and the SST model of turbulence. It was found that the ratios between the aerodynamic coefficients in the test section and in the free (unbounded) stream could be fairly well approximated with a piecewise-linear function of the blockage factor, whose value weakly depended on the angle of attack. The calculated data and data gained in the analysis of previously reported experimental studies proved to be in a good agreement. The impact of the extension of the closed test section on the airfoil lift force is analyzed.     

Numerical and experimental study of high-lift configurations

Flow of two high-lift devices is studied on the basis of the solution to two-dimensional Reynolds equations with the Spalart — Allmaras one-equation turbulence model. Computation results are compared with the experiment under the conditions of airfoil flow in the low-speed wind tunnel with open test section. It is shown that such approach is the most correct for this comparison.     

合成双射流控制机翼水滴撞击特性

在低速来流条件下,针对前缘位置嵌有合成射流/合成双射流激励器的机翼的水滴撞击特性开展了数值模拟研究,基于Fluent软件,采用Euler气液两相模型和欧拉壁面液膜（Eulerian wall film,EWF）模型,得到的计算结果表明:在合成射流或合成双射流的主动控制下,阻挡了机翼前缘等积冰重点防护区域内的水滴撞击,从而大幅降低了该区域的结冰强度.其机理是:在高频合成射流的作用下,机翼前缘上游附近形成了一对稳定的闭合回流区,形成了水滴的"真空区域".由于回流区内部水滴速度和质量分数较低,改变了机翼前缘水滴运动轨迹和水滴收集率分布,能够减少机翼前缘结冰程度并改变冰形,起到了虚拟气动外形的作用.      

Self-sustained oscillations of a shock wave interacting with a boundary layer on a supercritical airfoil

A theory is proposed of the self-sustaining oscillations of a weak shock on an airfoil in steady, transonic flow. The interaction of the shock with the boundary layer on the airfoil produces displacement thickness fluctuations which convect downstream and generate sound by interaction with the trailing edge. A feedback loop is established when this sound impinges on the shock wave, resulting in the production of further fluctuations in the displacement thickness. The details are worked out for an idealized mean boundary layer velocity profile, but strong support for the basic hypotheses of the theory is provided by a comparison with recent experiments involving the generation of acoustic “tone bursts” by a supercritical airfoil section.     

低速湍流模拟的预处理技术研究

本文开展低速湍流的预处理技术研究. 该预处理技术采用守恒型变量及主控方程与湍流方程相耦合的隐式求解方法, 并为确保迭代求解稳定性, 发展了合理的参考马赫数定义、双时间步无矩阵方法迭代求解形式以及湍流源项隐式处理方法等, 从而真正实现全速湍流软件平台统一形式. 在喷管、翼型和方柱等低速湍流数值模拟中, 本文方法正确刻画了流场结构特征, 计算与理论、实验等相关结果符合较好, 具有很强的迭代收敛性和结果精度.