时间倾斜算子在离心压缩机动/静相干非定常模拟中的应用

本文介绍了用时间倾斜算子来处理非定常计算中非等栅距的方法。通过引入时间倾斜算子对N-S方程进行转化,而不对几何结构作任何改变,且所计算的叶片通道数小,以确保有较好的计算效率。粘性的影响被归类到源项中来进行求解,在作时间倾斜的方程转换时,就不用忽略粘性应力项的影响,使得方程的求解更为真实。同商用软件的计算结果进行了比较,结果表明应用本文所发展的程序,能很好的预测离心压缩机级的非定常流动。     

图像三维重构在叶片表面压力测量的应用

PSP(Pressure Sensitive Paint)图像的三维重构即将PSP处理所得二维压力图谱转变为叶片三维模型上的压力分布,其有助于PSP实验结果的分析和压力信息的定量提取。以某叶栅的PSP压力图像为对象进行图像的三维重构,得到了三维叶片模型表面的压力分布,并对三维重构图像进行了误差分析。结果表明:1)将PSP图像进行三维重构以后可以方便压力信息的分析及读取;2)标记点的数量及位置分布对PSP图像的三维重构精度有影响。     

基于正向投影面积法的层析粒子图像测速权重系数计算方法

三维重建是层析粒子图像测速(PIV)中重要的一步,重建过程中的权重系数计算通常较为繁琐。基于此,提出一种层析PIV快速权重计算方法——正向投影面积(FPA)法,即将离散体素投影在相应像元上的面积作为权重系数计算的方法。首先,基于针孔相机模型构建三维空间内粒子多视角投影成像仿真程序,生成仿真图片用于方法分析与验证;其次,将FPA方法结合目前主流重建算法开展三维重建精度和耗时分析。结果表明,当用于本研究所述测量区域重建时,相比于传统后向方法与亚网格法权重系数计算方法,FPA法的权重矩阵元素个数分别降低了大约3个和1个数量级,计算时间分别减少了97%与85%,相应地降低了计算机的内存占用,且FPA法与传统后向方法所计算的权重矩阵的平均相似度高于0.9974。在常用实验粒子数分数(p_ppp=0.05)下,该方法结合目前主流重建算法的重建精度可达0.8以上。同时基于仿真图片分析了相机最佳采集角度以及实验相机噪声对重建结果的影响,结果表明,在实验噪声条件下重建结果仍然满足三维流场重建的要求。     

PSP技术在叶栅叶片表面压力测量中的应用

PSP(Pressure Sensitive Paint)测量技术以不改变叶片表面结构及可以进行全域压力测量的独特优势而受到广泛关注,但是受到几何结构的限制,有关内流场的PSP测量实验难度非常大.本文对ISSI公司所生产PSP测量系统开展了校准试验,完成了三个来流马赫数下叶栅叶片吸力面上静压分布的测量,并与传统压力扫描...     

基于实测扭转度误差对叶片气动合格性探讨

在叶片实际加工过程中,不可避免会产生扭转度超差叶片,为探究其气动合格性,以跨声速叶片Rotor37为研究对象,首先将加工公差[-0.5°,+0.5°]添加至设计叶片,采用数值模拟的方法确定气动性能合格范围,分析性能变化规律;而后基于实测扭转度误差均值及标准差,创建加工合格以及超差叶片,总结其气动合格性。研究结果表明：受扭转度误差影响,叶片特性曲线整体偏移,因此在选择近失速及峰值效率工况参数衡量稳定裕度的前提下,“欠偏转”叶片稳定裕度减小,而“过偏转”叶片的增大;以加工公差为参考,叶片超差区域与未超差区域的通流面积和攻角变化趋势相反,即两区域对叶片性能的影响存在抵消作用,使得存在超差叶片气动合格的情况。     

高负荷扩压平面叶栅进口均匀性分析及改进

通过对典型平面叶栅风洞试验段的数值模拟研究了不同来流攻角和不同来流马赫数下某高负荷扩压叶栅进口周向流场的均匀性,分析了影响叶栅进口流场均匀性的主要原因,研究了改变叶栅上壁面形状对于叶栅进口均匀性的改善效果.数值结果表明:向上游倾斜的扩压平面叶栅固有结构决定了栅前周向流场的不均匀分布;随着来流攻角增大,叶栅上侧壁的通道堵塞程度增大,导致栅前速度场和方向场的不均匀性增大,来流攻角和设定值的最大偏差超过5°;通过减小叶栅上侧壁的弯曲程度可以有效提升栅前流场的均匀程度和范围,使来流攻角和设定值的最大偏差减小至2°.     

用热线风速仪测量叶轮后叶片扩压器流场

叶片扩压器对离心压缩机的总体性能影响很大,为了研究叶轮后叶片扩压器内复杂的非定常流动,本文对一大尺度离心压缩机级的叶片扩压器流场进行了实验测量。实验对Dantec的热线探针支架进行了改进,采用了固定热线、相位锁定-系综平均技术,对采集到的热线信号进行了有效地分解,提出了非定常强度的概念来定量考察离心叶轮对叶片扩压器流场的影响。     

基于DDES的畸变模拟器性能影响研究

通过地面试车台总压畸变模拟器模拟高空畸变环境是评估进气畸变对发动机性能影响的重要途径。然而目前畸变模拟器存在稳、动态畸变指数难以调节问题,极大限制了畸变模拟范围。以国家军用标准推荐的弦月式插板为基础,考虑工程实践的可行性,探索性地提出轴向串联和周向多区组合畸变模拟器构型;采用“性价比”高且对大分离流动预测更加准确的延迟分离涡模拟数值方法,在准确性验证的基础上,以稳、动态畸变指数以及两者的比值为描述畸变模拟器性能的重要参数,评估插板深度以及构型对畸变模拟器性能的调控能力,发现堵塞面积与动态畸变指数的关联关系并给出两者的关联函数,为提地面畸变试验中畸变指数的调节提供依据。     

轴流压气机级内三维粘性流动的数值模拟

考虑轴流压气机中实际气流沿径向和周向都不均匀的特点,采用亚松弛方法改进传统的混合界面模型,发展了轴流式压气机级内全三维粘性流场的数值计算程序,并以某轴流式双排对转压气机的进口导叶/转子为研究对象,将本文发展的程序与商用 NUMECA 软件的结果进行对比,对本文发展的程序进行了验证。对比结果表明：由于混合界面法引入了“人工掺混”,商业软件计算得出的总压在通过交界面时存在一定的总压损失,而自编程序计算结果保证了总压在交界面处的一致性。流场分析结果表明：该转子叶片在设计工况下处于负攻角状态,在导叶出口轮毂处、压力面50%弦长处、吸力面靠近尾缘处均出现了轻微的流动分离现象。     

积分守恒型N-S方程通用形式及其在数值模拟中的应用

运用张量分析理论,分别给出了标量、矢量以及二阶张量等任意阶数张量的Gauss定理,并应用到积分形式流动控制方程的推导中,得到具有普遍意义的三维任意曲线坐标系上的积分守恒型N-S方程的通用形式,并采用有限体积的时间推进法对方程进行数值离散,研制了相应的CFD分析程序.作为算例,对具有复杂边界的大尺度离心叶轮内的旋转三维湍流场进行了数值模拟.与实验结果的比较表明,数值模型和解法是成功的,为复杂物理域的流动问题的数值模拟奠定了基础.