跨音速湿空气非平衡凝结流动的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热对跨音速气流进行加热,会显著改变气流的流动特性。通过对商用计算流体动力学软件FLUENT进行二次开发,建立了湿空气非平衡凝结流动的数值求解方法。该方法可用于二维或三维、粘性或无粘、内流或外流的求解中。采用该方法分剐对缩放喷管、透平叶栅以及绕CA-0.1圆弧翼型的湿空气非平衡凝结流动进行了数值分析。计算结果表明：湿空气凝结手l起缩放喷管中的凝结激波、导致叶橱流动中总压降低;对于翼型周围的流动,在相对湿度分别为50％、57．1％、64.1％时,依次计算得到了单激波、五激波、双激波。     

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。     

透平叶栅跨音速流动计算中的新型有限元法

将Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法和多级有限元的思想结合起来，构成了在收敛速度和稳定性两方面均较好的新型有限元算法：多级广义有限元。利用这一方法，分别基于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｅｕｌｅｒ方程，研究了透平跨音速叶栅无粘流动和粘性流动，并将计算结果与实验结果作了比较。计算结果表明，本方法是透平机械内部跨音速流动计算的强有力的手段。     

离心压缩机径向吸气室的流动损失分析和改进设计

为提高在径向吸气务件下的离心压缩机性能,在吸气室内采用分流叶片方法控制径向吸气导致的畸变流动.结果表明,分流叶片虽然增加了吸气室内的流动损失,但是能够降低叶轮进口进气畸变,改善叶轮叶片受力分布及提高压缩机级的性能.在此基础上,进一步通过改进分流叶片叶型而减小流动分离损失,提高了压缩机的级性能.     

湿空气非平衡凝结对压气机叶栅性能影响的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热与跨音速气流耦合会显著改变流场结构。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数学物理模型,对三种工况下压气机叶栅内湿空气凝结流动进行计算分析。计算结果表明:湿空气压气机叶栅流动中,湿空气中水蒸气有可能发生非平衡凝结从而对叶栅通道内的流动产生强烈影响,改变流场内的激波结构,叶栅内压力系数减小最大幅度由1.38减小到0.76。     

两种湍流模型时域颤振计算方法研究

采用时域计算分析方法进行了机翼跨音速颤振特性研究。在结构运动网格的基础上,采用格点格式有限体积方法进行空间离散和双时间全隐式方法进行时间推进求解雷诺平均N-S方程。针对流动粘性分别应用了SST湍流模型和SSG雷诺应力模型,通过对跨音速标模算例AGARD445.6机翼的计算结果与实验值的对比分析,其中应用SST湍流模型得到的颤振速度与实验值最为接近,特别是在跨音速段平均相对误差在3%以内;并且计算结果整体上反映了跨音速颤振"凹坑"物理特性,验证了方法的有效性。     

小型高速离心压气机级内部的三维流场分析

利用三维数值模拟技术对微型燃气轮机中的离心压气机部分进行了数值分析,得到了离心压气机设计转速下的级特性曲线和各通流部件中的流动情况。数值分析表明:设计转速下压气机的级特性非常陡峭;整个特性线范围内离心叶轮基本在亚音速情况下工作,而径向扩压器是在跨音速条件下工作,离心压气机整机的最大流量是由径向扩压器的喉部面积决定的;离心压气机级内部各通流部件之间流动的相互干扰是引起流动分离的重要原因,各通流部件之间流动的相互匹配和协调将决定了离心压气机整机的性能和稳定性。     

三维定常跨音速机翼绕流的松弛方法

跨音速流动是以同时存在亚、超音速流动并伴随激波为特征的,从数学的角度来看,跨音速流动的特性必须用在亚音速区为椭圆型,而在超音速区为双曲型的“混合”微分方程的解来描述.这类方程是非线性的,其解通常包含间断面——激波.处理有嵌入激波的跨音速流动的最好方法是有限差分松弛迭代法,虽然首次用松弛法解跨音速流动的是Emmons,但因他是用Rankine-Hugoniot关系式装配激波的,所以没有得到普遍应用,Murman和Cole提出的自动计算激波的有限差分松弛法,为计算跨音速绕流流场开辟     

延安宝塔山景区滑坡地质灾害风险评估

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要因素之一. 对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明：叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用. 叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流量增加,并且通过间隙的 流体全部卷起形成间隙涡. 同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间 隙流动损失增加. 而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象. 同时叶片静止 时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面, 间隙截面内静压才逐渐稳定.     

叶片转动对涡轮间隙内部流动影响的数值研究

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要冈素之一.对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明:叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用.叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流鼍增加,并且通过间隙的流体全部卷起形成间隙涡.同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间隙流动损失增加.而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象.同时叶片静止时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面,间隙截面内静压才逐渐稳定.     

S形管道中三元粘性气流的分析和数字解

本文给出了矩形截面的s形弯曲管道中气流的三元紊流数学分析和对不可压缩情况进行的数字解结果。研究中将三元粘性紊流看作半抛物线形式。在所取的正交曲线坐标下进行数字计算时,能将方程式方便地从s形管道第一弯段的气流转换到第二弯段。因而可使每次迭代从s管道的进口算到出口。本文中应用了两微分方程的紊流模型,即紊流动能与它的耗散率。计算得到的壁面静压分布及出口截面的静压和三向速度分布与实验数据作了比较,结果是满意的。     

超临界翼型跨音速特性实验研究

针对新设计的超临界翼型,采用风洞实验方法验证和评估了其气动特性。在增压连续式跨音速风洞(NF-6风洞)开展了超临界翼型跨音速特性的实验研究,验证了该翼型设计的压力分布曲线特点。激波位置和波后压力平台区长度表明设计结果和实验结果基本一致,揭示了超临界翼型跨音速的气动特性;阻力发散马赫数达到期望的设计指标,探讨了雷诺数对该翼型气动特性的影响。最后采用升华法实现了翼型表面流动特性的显示。结果表明转捩点约在16%弦长位置。     

对叶轮机械气体动力学方程在应用中的一些意见

遵照毛主席的“百花齐放,百家争鸣”的方针,本刊从这一期起开辟“学术讨论”专栏,发表不同的学术见解,以启发思路,活跃学术气氛,促进科研发展。热烈欢迎同志们将工作、学习中的经验总结、新见解、新设想等随时来稿。《对叶轮机械气动力学方程在应用中的一些意见》,讨论了如何考虑实际气体的粘性作用等问题,随着叶轮机械气动理论和设计方法的发展,这一问题已引起广泛重视。《流面理沦探讨》,讨论了随着叶轮机械内部超、跨音速流动的实际应用,怎样判断流面上的流动性质,从而采用不同的数学解法,以及在流面上怎样判断超音速流动的问题。      

用粘性体力方法计算轴流叶轮机械内部流场

阐述了一种用于叶轮机械内部三维粘性流场计算程序。该程序以有限体积显式时间推进方法为基础,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率。使用上述方法计算了NASA 37^#跨音速压气机转子流场,并与实验结果进行了比较,从而证明文中提出的方法能够快速、准确地模拟轴流叶轮机械内部复杂三维流场,该方法具有较强的工程实用意义。     

含能材料密实床燃烧转爆轰的数值模拟

本文建立了含能材料密实床燃烧转爆轰的全粘性欧拉二维非定常两相反应流数学模型。将SIMPLE型的数值计算方法引入燃烧转爆轰的二维数值计算。对跨音速流动的处理和可压缩流体压力校正方程的建立提出了改进方法,并以无起爆药雷管作为算例。结果表明,本方法较好克服了二维两相流数值解的振荡现象。     

书讯

本集的重点是高负荷和跨音速,主要着眼于航空发动机的气动设计、计算与试验研究资料,并兼顾船用、工业用燃气轮机和增压器废气涡轮等各方面,注意了国外在这些方面的水平和动态。内容包括:先进涡轮气动设计、研究现状和发展趋势(2篇);涡轮级的基本分析(2篇);高负荷、跨音速涡轮的气动理论(11篇);涡轮叶栅的造型      

高雷诺数下求解NS方程的无网格算法

提出了一种适合高雷诺数NS方程求解的隐式无网格算法。针对高雷诺数粘性流动的特点,在附面层内的粘性影响区域采用法向层次推进布点的方法形成离散点云,在附面层外的计算区域内实行填充式布点的方法形成离散点云。根据附面层内外点云的不同构造特点,推导出运用格林公式和最小二乘曲面拟合方法求取空间导数的统一形式,在此基础上运用AUSM _up格式求得数值通量,并引入BL湍流模型对雷诺平均NS方程的湍流应力项进行封闭。时间推进格式方面,采用了计算效率较高的隐式高斯-赛德尔迭代算法。为了验证本文方法的计算精度和鲁棒性,对NACA0012翼型低速流动、RAE2822翼型跨音速绕流和二维圆柱的分离流动进行了数值模拟。     

轴流压气机叶片气动设计

本文概述了轴流压气机设计的基本问题和一般的解决途径。叙述了现今叶轮机械气动设计概念中所需要的理论方法和计算机工具。由此给出了将真实流体效应(例如亚音速粘性损失及激波)连系起来并引入设计过程的方法。重点放在叶片气动设计,特别是跨音速风扇和多级压气机的叶片设计上。指出了使压气机气动设计成为一门更严格的科学和将来研究的突出领域所需要增进的知识。      

跨音速有旋流动正问题的赝势函数变分有限元法

本文运用赝势函数变分有限元方法数值模拟了绕翼型的跨音速有旋流动。在含有激波的跨音速有旋流动中，势函数已不存在，但为了保留势函数模型在求解方面的优越性，上海大学的刘高联引入了一个通用函数一赝势函数，可以看出该赝势函数保持了势函数的所有好处，又突破了流动有势的限制，是势函数对有旋流动的一个自然的、物理上相容、数学上求解简便的推广，进一步地，刘高联还得到了赝势函数的变分原理族，为变分有限元法求解有旋流动打下了基础。另一方面，为了提高数值求解的收敛性和有效地捕捉流场中的激波，本文还采用了“人工密度”办法。绕翼型的跨音速有旋流动的计算实践证明了赝势函数的有效性。     

民机翼型跨音速风洞颤振模型的模态分析

民用飞机在跨音速区的颤振特性是其设计的关键限制之一,与飞机的安全性息息相关．跨音速颤振的计算会遇到激波、流动分离等高度非线性的气动问题,因此在计算跨音速颤振问题时往往把注意力放在气动力的计算精度上．但是,如果模态分析的计算精度不够,同样无法获得可靠的颤振计算结果．本文采用HyperMesh软件进行有限元建模,主要结构件均保留了原始结构的几何信息,通过设置材料密度模拟结构的质量分布．由NASTRAN软件的Lanczos求解器完成模态分析并给出主要关注的四阶模态,经过简单的有限元模型修正,使四阶模态的计算频率与试验频率一致,计算和试验的固有振型一致,为后续的跨音速颤振分析打下基础．