应用Navier-Stokes方程的叶栅粘性流动数值分析

本文以时间相关显式格式求解完全的Navier-Stokes方程,计算了二维叶栅中的粘性流动。一种Euler方程多网格算法,被成功地应用于粘流问题计算,显著地加速了收敛过程。用含分离流动的压气机叶栅和跨音速涡轮叶栅等算例,说明了解的准确程度和多网格法的效果。     

粘性跨音速叶栅绕流的数值模拟及前驻点处理

一、前言 对于粘性跨音速叶栅绕流,直接用N-S方程数值求解仍有很多困难,因此利用边界层理论考虑流体的粘性效应,进行有粘—无粘迭代计算是粘性流体叶栅绕流的很好模拟。采用多重网格有限体积法进行跨音速叶栅的无粘流计算,具有易于适应复杂几何形状,保证差分格式的守恒性、能较准确地计算激波。加速收敛等良好特性。为了提高精度和简化计算,在求解边界层微分方程时,采用了Illingworth变换方法,用驻点方程的相似性解给定边值速度剖面,使用全湍流Prandtl混合长度粘性模式并且其混合长度选用Plctcher     

基于离散伴随方法的透平叶栅反设计

研究构建了基于离散伴随方法的叶轮机械叶栅气动反设计系统,将离散伴随系统从无黏环境扩展到了黏性环境,编程实现了黏性离散伴随求解器;改善了叶栅参数化方式并重新编程实现了叶栅参数化程序,解决了叶栅参数化过程中叶栅尾缘附近区域型线波动的问题。利用该系统对某二维跨声速透平叶栅在给定叶型壁面目标压力分布的情况下,通过构造目标函数将叶栅反设计问题转化为气动优化设计问题,成功进行了气动压力反设计。结果证明本文建立的叶栅反设计系统能够有效进行压力反设计,验证了本文建立的基于离散伴随方法叶轮机械叶栅气动反设计方法的正确性与有效性。     

多网格——改进强隐式方法求解跨音速势函数方程

一、前言 求解势函数方程是跨音速计算的重要方法之一,多采用迭代法求解。对于特定尺寸的网格,迭代法对一定频率的误差分量有较强的消除能力,而对其它频率的误差分量则是能力有限的。为此,文献[1,2]提出了多网格方法,将迭代放在几种粗细不等的一组网格上反复进行,在满足一定精度的条件下,使迭代具有较快的收敛速度。本文将多网格法与文献[3]的改进强隐式法(SIP9)结合起来,计算了平面叶栅跨音速流动问题,比较了不同的层间转换插值算子及不同的迭代方法对多网格法收敛速度的影响。针对平面叶栅的     

涡轮三维叶栅的气热耦合数值模拟

本文借助数值模拟技术分析了三维跨音速涡轮导向叶栅不同壁面边界条件对流场流动状况的影响,壁面边界分别采用绝热、等温、耦合换热三种条件。通过对计算结果的分析表明,不同叶片表面边界条件对流场温度场有很大影响,对流场内的压力场及其它参数也有明显影响,因此在气冷涡轮设计中使用多场耦合技术进行数值模拟是非常必要的。     

跨音速叶栅流场计算的多网格法

本文是对多网格法应用于求解Euler方程的探讨,文中以MacCormack显式两步差分格式为基础,提出了一种简单的求解积分型Euler方程的多网格算法,阐述了这种方法的基本思路,研究了稳定条件和一种新的人工粘性形式.文中还进行了几种跨音速涡轮叶栅流场的计算,用以说明多网格法在缩短计算时间上的效果。     

跨音速叶栅叶型前缘区流场分析

一、前言 在一些跨音速叶栅绕流计算中,为避免局部网格畸变而带来严重的数值偏差,往往在叶型前缘附加尖劈。这样,计算将无法给出前缘附近及头部壁面上的气流参数。为了获得这些数据,一种实用而有效的方法是,在全场绕流计算的基础上,再进行前缘局部流场分析。本文探讨了这类流动问题的Euler方程数值解法。     

高亚音速二元叶栅损失的理论分析和实验研究

本文主要目的,是采用可压流紊流附面层理论,利用附面层理论中的一些附面层特性参数,如动量厚度、形状因子和能量因子以及其他组合参数等;采用栅后尾迹中附面层简单幂方气体速度分布;并在过去叶栅损失理论研究的基础上,推导出亚音速、跨音速二元叶栅总压损失简化了的计算方程。用它可以计算亚音速、跨音速压气机叶栅在设计工作情况和非设计工作情况下的二元叶栅总压损失。文中还提出了压气机叶栅在高亚音速、跨音速工作条件下,修正气体压缩性影响的新的图线方法。 按照所推导出来的叶栅损失计算公式,对给定叶型叶栅在不同工作情况下,进行了叶栅损失计算。另外,对给定叶型叶栅进行了吹风实验,测量出不同情况下的叶栅损失,两种数据进行了比较,得到较好的一致。     

轴流压气机跨音速双圆弧(DCA)叶型的研究——叶型设计计算

一、前言 跨音速气流在压气机叶栅中的流动,是高度三元性的和非常复杂的,现在虽然具有高速大容量电子计算机的应用条件,但对于解决实际的、三元的、可压缩流的叶栅中流动问题,仍然是困难的。现代轴流压气机高速叶型的设计,例如跨音速双圆弧(DCA)叶型的设计计算,完全可以按照行之有效的半经验方法,即理论与实际相结合的方法,找出这种跨音速叶型在给定工作条件下的各种主要性能参数和几何参数之间的关联,然后引入该叶型叶栅所积累的各种有效数据,从而求得这种叶型叶栅主要性能参数和几何参数之间的最佳组合,便有可能设计出叶栅中较小的总压损失和较高的叶栅效率。     

跨音速转子叶顶泄漏流/主流交界面的前移机制

采用数值计算和实验研究相结合的方法,研究了跨音速转子叶顶泄漏流与主流交界面轴向位置随流量的变化规律和机制.该跨音转子是美国圣母大学一级半跨音速压气机转子.研究发现机匣壁面脉线分布能够定性反映壁面轴向剪切应力分布,可用来识别叶顶泄漏流与主流的交界面位置.通过机匣壁面的脉线分布,可以看出机匣壁面存在两条零剪切应力线.第一条...     

跨音速透平平面叶栅实验

本文主要根据三套叶栅的实验结果,分析跨音速透平叶栅槽道内波系产生和发展的过程以及它们对叶栅气动性能的影响.文中讨论了极限工况、极限负荷和极限进气角等重要特性,明确了跨音速叶栅作功能力大而效率并不低的优越性.     

应用高分辨率迎风格式精确分析透平叶栅三维湍流流场

应用高收敛率、高精度和高分辨率的数值计算方法,通过求解全三维可压缩雷诺平均的Navier－Stokes方程和q－ω低雷诺数双方程湍流模型,数值模拟了VKI跨音速叶栅内的三维流场,对叶棚内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明,本文采用的计算方法可以精确模拟叶轮机械内部的复杂流动。     

跨音速叶栅绕流的数值模拟

一、引言 本文在文献[1]的基础上,提出了一种时间推进有限体积法,从积分型的基本方程出发采用了简单的曲线四边形组合网格,并以均总焓关系作为能量方程,构造了一种稳定性良好的差分格式。其特点是允许任意地剖分网格,易于适应具有复杂几何形状的问题;而且在每一时间步都保证差分格式的守恒性,能较正确地判定激波的位置。应用本方法,对三个实例叶栅进行了平面叶栅和任意旋成面叶栅中带激波的跨音速流场计算,计算得到的叶面压力分布和M数分布与实验值吻合良好。     

扩压叶栅中弯叶片作用气动机理的探讨

回顾和总结了关于弯叶片在压气机中气动机理的不同理解.深入探讨了压气机中弯叶片叶栅的气动力学变化,给出了弯叶片气动机理的另一种解释,即弯叶片在亚音速叶栅中通过改变密流的径向分布控制分离流动的发展,在超跨音速叶栅中通过改变激波前后的压力分布控制激波强度的大小.     

轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的数值研究

本文针对轴流压缩机叶栅内固体微粒沉积的问题,采用计算流体动力学(CFD)软件对压缩机叶栅内的气固两相流动进行了模拟。文中首先采用不同的湍流模型和不同的壁面处理方法计算了垂直圆管内固体微粒的沉积,并与实验数据进行了对比。在此基础上,研究了轴流压缩机叶栅内不同直径粒子在叶片压力面和吸力面的沉积规律;且研究了不同工况对粒子沉积的影响。     

任意回转流面上跨音速压气机叶栅含激波流场的计算

本文运用时间分裂有限体积法,进行了任意回转流面上跨音速压气机叶栅含激波流场的计算。分析了MacCormack显式两步差分格式中的几种不同运算形式,提出了对于叶栅绕流计算问题的合适的运算方案。对几种边界条件的处理方法进行了数值试验和分析比较。流场计算中采用了一种周向非等距网格,这将有助于缩短计算时间。     

应用控制理论的叶栅气动反设计

基于控制理论的气动设计方法作为一种基于梯度的优化方法,通过引入伴随系统计算目标函数的敏感性导数,大大降低设计成本.本文将基于控制理论的气动设计方法应用到透平叶栅的气动反问题中,应用Euler方程研究了二维叶栅的压力反设计问题,并讨论了该方法具体实施中的关键问题,包括采用非均匀B样条进行二维叶栅造型;应用Thompson时间相关边界条件理论进行伴随方程特征分析;研究伴随方程的数值求解方法,构造伴随方程的耗散通量.通过算例证明了该气动设计方法适用性好,速度快,可以大大节约计算成本.     

任意回转面上可压缩流动透平叶栅壁面最佳流速分布的计算方法

本文在边界层理论分析和叶栅损失计算的基础上,应用“最优控制论”方法,首先提供一个二元不可压稳定流动叶栅壁面最佳流速分布的理论计算方法,然后推广到可压缩流动的任意迴转面上。同时还证明了经推广后仍然是叶栅壁面的最佳流速分布。     

弯曲时片压气机时栅内二次流的数值研究

本文应用Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ近似隐式因子分解格式以及ＭＭＬ代数湍流模型,采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩Ｎ－Ｓ方程组,对弯曲叶片压气机叶栅内的三维粘性流场进行了数值研究．结果表明,正弯曲叶栅内通道涡较直叶栅强,其诱导产生的壁面涡较弱且位于吸力面与壁端的角区内,与壁角涡接近．在正弯曲叶栅出口处,通道涡开始处于破裂前期,叶栅总损失增加。反弯曲叶栅通道涡较弱,其诱导的壁面涡很强,位于通道涡左上方,壁面涡和通道涡的有利作用,使通道涡更稳定,叶栅总损失比直叶栅和正弯曲叶栅要小．     

平面跨音速叶栅的广义有限元法

对Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ广义有限元法在收敛速度和稳定性两方面作了改进，利用改进的方法，基于Ｅｕｌｅｒ方程，研究了平面跨音速叶栅流动，并与实验结果作了比较，计算结果表明，改进后的方法是跨音速计算的强有力手段。