转子密封系统流体激振问题的流固耦合数值研究

随着叶轮机械的工作转速越来越高,工程中发生了大量的密封流体激振问题。实验证明,高转速下的流体激振属于自激振动,但采用传统的刚度阻尼线形假设无法模拟出这一物理现象。本文发展了一种高精度的流固耦合计算方法,用这种算法成功地模拟出转子密封系统在高转速下的自激振动,且捕捉到频率锁定的现象,而且发现随着转速的提高,固有频率也增大。另外,本文还得到了压比、预旋度对密封转子自激振动的影响规律。     

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流陈佐一,孙永忠,杨玲（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词：参数多项式方法,风力透平,颤振在现代各类流动诱导振动问题的研究中,流体激振的安全性分析与诊断,要求在较短的时间内,对大量的复杂流动工况进...     

三维透平叶片扭转颤振问题的流固耦合数值研究

颤振,尤其是失速颤振是引起叶轮机械安全事故的重要原因之一。由于叶片颤振的复杂性,过去人们一直采用半经验的方法研究叶片的颤振。本文发展了一套更精确的流固耦合计算方法,并用这种算法研究了三维透平叶片的扭转颤振。在模拟大负攻角下的颤振时发现,传播失速响应频率向固有频率靠近是振动发散的一个重要判据。通过计算得出了压比和攻角对颤振影响的特性曲线,它不但可用于判断流体激振的稳定性,而且可以研究颤振的强度。     

求解振动叶栅非定常绕流的“振荡中心流线法”

一、概述 随着高性能燃气轮机和大功率蒸汽轮机的发展,叶轮机械的气动弹性动力稳定性问题已日趋尖锐,成为技术上必须加予注意和解决的问题。而求解这个问题的关键是准确地确定叶轮机叶片振动时的非定常气动力,亦即是求解气流流经振动叶片的振荡流场。本文将中心流线法的基本思想发展应用到求解振动叶栅的非定常绕流,提出了“振荡流线”     

振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力的影响

一、前言 在叶轮机械非定常气动力的研究中,探索振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力影响的规律,可以大大节省对叶片进行颤振预估的理论与实验方面的工作量,具有重要意义。在现已发表的文献中,虽然给出了几种相位差下某种振型的实验结果或理论分析,但只限于一种振型下的少数几个相位差,而且也没有得出定量的规律。由于以往计算非定常气动力的方法太烦杂且又受到各种限制,要进行系统分析是十分困难的。文献[3]提出的求解振动叶栅非定常气动力的“振荡中心流线法”,提供了一种适应性广、计算简单     

流体机械叶轮中三维边界层正反解法及其同势流迭代计算的比较

本文对于流体机械叶轮中叶片面三维边界层的正犀解法进行了比较,并且边界层的正反解法分别与叶轮内的三维势流迭代,完成了叶轮中无粘一有粘的相互作用的计算。计算叶轮为可遗式水轮机转轮,计算表明:边界层的反解法可以满足叶片面有局部分离流的非设计工况的计算。     

受迫振动法研究压强变化对气体阻尼系数的影响

采用弹性摆受迫振动时幅频特性对阻尼的依赖关系为依据,借助非接触电磁激振装置和（AX1001）单片机,通过测量所得的幅频特性曲线算出相应的阻尼系数。在密闭的环境下,改变空气的压强得到相应数值下的空气阻尼系数,最终,给出空气阻尼系数与压强之间的关系。     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

相位延迟法在双排涡轮三维非定常流动数值模拟中的应用

非定常性是叶轮机械内流动的本质属性,本文采用相位延迟法,实现了双排叶片、各排叶片通道宽度不相等的叶轮机械非定常流动三维数值模拟,控制方程为Navier-Stokes方程,湍流模型采用Baldwin-Lomax模型。计算结果表明,该方法使用单通道来模拟叶片通道不相等的叶轮机械非定常流动,具有计算经济,模拟准确的特点。     

蒙卡燃耗中的氙振荡现象分析及计算研究

根据氙振荡产生的机理,按照燃耗步长来划分:在短步长条件下会产生物理氙振荡,在长步长条件下会产生数值氙振荡。研究发现,当燃耗步长增大到19 h,物理氙振荡的振幅最小,随着燃耗步长继续增大,表现为数值氙振荡,当燃耗步长27 d,数值氙振荡振幅最小。采用平衡氙方法强制使中子通量与氙浓度平衡,在堆芯物理计算程序(RMC)的输运模块中运用平衡氙方法对碘氙的浓度进行不断的迭代更新,在保证收敛的情况下抑制了氙振荡现象的发生。     

Analytical prediction of the non-linear response of a self-excited structure

The time-dependent amplitude response of the self-excited harmonium reed vibrating at finite amplitudes is investigated both analytically and experimentally. The analysis contained herein is based on the assumption that all of the significant non-linear forces that act on the reed are of aerodynamic origin and that these forces influence the reed behavior through the system damping. The analysis is carried out, without the aid of empirical techniques, by deriving the induced aerodynamic pressure force as a non-linear function of the amplitude of the reed motion, via an unsteady potential flow field analysis, and then applying the resulting forcing function to the equation of motion of the reed. An approximate solution of the equivalent lumped parameter equation of motion yields functional relationships that predict various observable phenomena, including the limit cycle amplitude. A comparison of the results with experimental data serves to substantiate the analysis. Also presented is a brief discussion of some of the phenomenological similarities that exist between the results of the harmonium reed analysis and the observed behavior of a flat-plate wing undergoing torsional stall flutter.     

光学炮塔气动载荷的非稳态特性

采用耦合J-B模型的IDDES模型与双时间步LU-SGS方法开展炮塔非稳态气动载荷的数值仿真研究。炮塔流动会发生分离,天顶位置的分离角大于90°;当流动绕过炮塔时,形成马蹄涡、脱落涡街等非稳态流场结构,导致气动载荷也具有非稳态特性;炮塔顶点的脉动静压功率谱在1.6~40.0 kHz进入各向同性均匀湍流的惯性子区,基本满足Kolmogrov的-5/3定律;气动力以阻力为主,横向力的脉动幅值大,气动力矩则以俯仰力矩为主,滚转力矩的脉动幅值大,偏航力矩可以忽略不计;气动力和力矩的功率谱主要集中在1 kHz以下,存在多个尖峰频率,主频约为230 Hz (斯特劳哈尔数为0.15)。在ATP系统设计之初,需要考虑光学炮塔所受气动载荷的非稳态特性,并规避尖峰频率尤其是主频的谐振破坏问题。     

双三角翼非定常俯仰运动实验与数值模拟

文章针对双三角翼大振幅正弦俯仰运动过程中的非定常载荷和流动特性开展了实验与数值模拟研究，并与相同主翼后掠角的单三角翼进行了对比.实验研究在低速回流式水槽中开展，所采用的实验模型为边条后掠角为75°，主翼后掠角为50°的双三角翼全模，俯仰运动的旋转轴位于主翼弦长的2/3处，振幅为0~60°，运动的缩减频率k=0.03，0.06，0.12，0.24，0.48.实验Reynolds数以主翼弦长为参考Re=1.69×104.在水槽的测力实验中，发现非定常流动力的迟滞现象，并且随着非定常运动缩减频率的增大，流动的迟滞效应也随之增大.与相同主翼后掠角的单三角翼相比，双三角翼的迟滞环在低缩减频率下更小，但随着缩减频率的增大，这种差距逐渐减小.在数值模拟研究中，采用DDES湍流模型对俯仰双三角翼的流场进行了数值模拟.流场结果表明，在较低的缩减频率下，主翼吸力面的前缘涡是影响气动力的主要因素，非定常流动力的迟滞效应主要与前缘涡在上仰过程中的延迟破裂和下俯过程中的延迟恢复有关；在较高的缩减频率下，机翼前缘涡对气动力的影响减小，由机翼俯仰角速度而产生的环量力成为了气动力的主导因素，因此在较高缩减频率下，单三角翼与双三角翼的升力特性趋于一致.      

弯掠动叶对跨声压气机非定常气动负荷的影响

对一单级跨声压气机设计工况采用弯掠动叶前、后的非定常流场进行了数值模拟,深入分析了动叶弯掠对压气机叶片非定常气动负荷的影响.结果表明t动叶弯掠后,动、静叶的气动力和气动力矩时均值由于叶片负荷大小及分布的不同变化而产生不同程度的改变;由于动叶对下游静叶的尾迹和二次流干扰远强于动叶所受到的下游静叶的势流干扰,静叶的气动负荷发生较大波动;弯掠动叶减轻了端壁损失并且减弱了顶部泄漏涡强度和根部角区分离,从而减弱了对下游静叶的非定常干扰,这使得静叶各气动参数的波动幅值显著降低.     

折叠翼面展开过程中气动载荷特性数值模拟

针对某飞行器翼面高速展开过程,采用定常和非定常数值模拟两种不同方法,进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究,其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性,分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响;非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化,从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况,分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现,当翼面展开速度与来流速度相近时,则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法.      

动静叶栅优化改型及其性能分析

本文对动静叶栅分别进行优化改型,并对改型前后叶栅的气动性能进行数值分析。动静叶栅的优化改型基于正反问题相结合的流函数方法,性能分析一方面基于单排叶栅定常粘性流动的数值计算,另一方面基于动静叶栅相互干扰非定常粘性流动的数值计算。算例结果表明,经过优化改型后的动静叶栅的气动性能,无论在定常流动条件下还是在非定常流动条件下,相比改型前均有较大幅度的改善。     

等离子体气动激励机理数值研究

基于介质阻挡与准直流电弧放电的物理过程, 分析了它们的气动激励机理, 建立了各自的气动激励模型, 并分别研究了它们对低速和超声速流动的激励效果. 结果显示: 介质挡板放电等离子体气动激励机理是改变了连续流体中的三种力, 即由牛顿内摩擦引起的剪切应力、由电动力学引起的体积力及由压力突变引起的冲击力, 其中基于电动力学的体积力效应占主导地位; 临近空间环境中体积力的作用效果更强, 诱导速度更大; 超声速来流下准直流电弧放电气动激励机理主要是等离子体的热阻塞效应, 本文所建立的爆炸丝传热模型可以用于仿真其控制激波的过程; 热电弧对于超声速来流而言就像一个具有一定斜坡角度的虚拟突起, 可用于高超声速飞行器前体激波的控制.     

低压大直径喷嘴自激脉冲射流空化模型

为解释低压大直径喷嘴自激脉冲发生机理,本文对空化初生条件进行了讨论,提出一种可适用于高速剪切流的非定常空化模型。认为自激振荡腔内空化或凝结的发生,不仅与当地压力有关,而且与当地速度有关,并根据能量平衡条件,给出了新的空化判别标准。在一定程度上改善了非定常空化模型的收敛性,解决了非定常状态下,由于压力的变化,流体发生周期性相变,即空化和凝结交替发生的数值模拟问题。最后,对低压大直径喷嘴自激脉冲射流进行了数值模拟,并对振荡腔内的压力场、速度场以及相图之间的关系进行了分析。     

叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟

本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程,对叶轮机械多级叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后,针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析,得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。计算结果表明。本文提出的计算方法是合理有效的,为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。     

叶型优化在非定常流动条件下效果的数值分析

本文对叶型优化在非定常流动条件下的效果进行数值研究。叶型优化基于比较成熟的在定常流动条件下的反问题解法，非定常流动则考虑到动静叶栅之间的相互作用，非定常流动的求解在Ｎ－Ｓ方程的基础上采用分区计算的方法来完成。数值计算的结果表明，定常流动条件下优化得到的叶型在非定常流动条件下同样具有较好的气动性能。