非轴对称端壁与弯叶片联合造型方法及应用

本文采用改进的侧偏余弦函数作为造型基函数,使用Beier样条曲线控制造型参数沿轴向的变化规律,构造了一套叶栅非轴对称端壁造型系统。并在此基础上,进一步加入对三维叶型积叠规律的控制,将弯叶片造型方法和非轴对称端壁造型系统整合成非轴对称端壁与三维叶片积叠联合造型系统。将该造型系统与商业优化软件iSIGHT集成,采用模拟退火算法对某两级透平的第一级静叶进行了气动优化设计,优化目标为气动效率最高。优化后绝热效率增加了约0.43%,流量增加了约2.1%。优化结果表明非轴对称端壁与三维积叠的联合造型方法能够在单一造型方案的基础上进一步提高叶栅的气动效率。     

高速多组分流动的数值方法研究

针对燃气轮机内流高温、变组分的问题,在已有高精度、高分辨率算法的基础上发展了一套高速可压缩多组分流动数值计算方法。为了解决高速多组分流动中存在的特殊问题,采用全组分方程隐式联立求解和扩散速度修正方法提高了组分的守恒性和计算精度;通过求解比热比输运方程,消除了间断附近的压力振荡。经过多个典型算例验证,说明了本文方法的有效性,从而为下一步进行新一代燃气轮机内部真实流动的模拟奠定了基础。     

湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法研究

在欧拉-欧拉、非结构有限体积框架下发展了湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法。推导了基于真实物性,密度、内能和湿度全耦合的Roe通量。提出了适用于欧拉-欧拉法的三自由度TTSE水蒸气表。使用矩方法(MOM)和积分矩方法(QMOM)模拟水珠半径分布,并就时间推进时QMOM方法的不稳定现象给出了修正方法。通过两个无黏喷管和一个湍流平面叶栅算例进行了验证,表明本文的数值方法能比较准确地捕捉非平衡态凝结现象。     

汽机末级静叶平衡态湿蒸汽流动数值模拟

本文对存在汽、液平衡态相变的两相流动建立了完全欧拉坐标系统下的数理模型。通过引入考虑真实流体性质的数值算法,并直接从IAPWS水及水蒸汽性质数据库中获取流体工质的性质,使数值计算的精度得到显著提高。采用包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法求解平衡态两相流动控制方程组以及低Reynolds数双方程湍流模型,对某汽轮机末级静叶进行了数值模拟,计算结果表明本文采用的模型及方法在某些条件下可以对叶栅主要性能参数进行准确的预测。     

燃气透平末级叶片及扩压器的联合优化

本文基于iSIGHT优化软件包以及叶轮机械三维粘性CFD数值模拟软件包,采用包括全局探索式、梯度搜索 式优化算法以及近似模型的组合优化策略,对某燃气透平的末级叶型和扩压器外形进行了联合优化。优化后的透平末级与 扩压器部分的CFD预测效率提高了2.8％,同时扩压器的长度缩短了30.1％。     

自发凝结流动数值模拟方法及其在Laval喷管中的应用

本文对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系统下的数理模型。采用考虑了真实流体性质的 LU-SGS-GE隐式时间推进算法和改良型高精度、高分辨率MuSCL TVD差分格式求解存在自发凝结的汽液两相流动控制方程组。文中水及水蒸汽性质数据全部取自IAPWS-IF97国际标准公式。对某Laval缩放喷管内的湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟结果表明,本文所采用的数理模型及计算方法是有效和可靠的。     

并行计算用于叶轮机械流场特性分析

本文采用LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的 MUSCLTVD格式求解平均的 Navier-Stokes方程和低Reynolds数q-ω双方程湍流模型。利用分区处理及分布式网络并行计算技术,在多台个人计算机上完成了叶轮机械内部三维粘性流场的快速并行求解。仅将计算域拆分成8份,并行加速比就可达7.4。     

平面叶栅气膜冷却流动的数值模拟

为了能够准确地对透平叶栅气膜冷却效率进行数值预测,本文采用了FNM形式的结构化网格,对一个平面叶栅中的气膜冷却流场进行了数值模拟。计算中采用了包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法求解三维RANS方程以及低Reynolds数q-ω双方程湍流模型。计算结果表明本文采用的模型及方法在低吹风比的条件下可以较准确地对气膜冷却效率进行数值预测。