跨音速单转子压气机气动设计的优化

本文发展了一种提高跨音压气机效率的优化设计方法。该方法由快速叶片造型和网格生成、三维NS方程求解器和优化方法三部分组成。以绝热效率为设计目标,只选择两个参数-最大弯度和最大厚度相对位置沿叶高的分布为优化参数,成功设计了一个跨音单转子压气机。在此基础上,进一步考察了叶片端布周向弯曲对跨音单转子压气机性能的影响。     

多级轴流压气机全工况特性数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解某多级轴流压气机内部流场及全工况特性。该方法以ＬＵ－ＳＧＳ－ＧＥ隐式格式和 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ迎风格式为基础，结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型，使用多重网格迭代加速收敛技术对三维可压缩雷诺平均Ｎａｖｉｅ－Ｓｔｏｋｅｓ方程进行求解．叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术．首先对一个五排压气机（进口导叶加两级）进行了全工况特性计算，并对计算结果做了详细分析．然后对前三排（进口导叶加一级）进行了全工况特性计算并与五排联赛的计算结果进行了对比，对多级环境对单级性能的影响机理做了初步探讨。     

压气机变形叶片的网格生成及区域分解方法

针对压气机优化设计和多学科分析对网格自动可靠生成方法的需求,建立了一套集叶片几何参数化建模、多块结构化网格生成、区域自动分解、叶片自由变形于一体的多功能网格生成系统。基于椭圆型微分方程法和O4H型拓扑结构,建立了压气机单叶道流域的三维分块结构化网格生成方法,改进了适合于变形叶片及网格的自由变形方法,自主开发了相应的计算程序,并用NASA Stage35对方法及程序进行了验证。结果表明网格生成质量较好,特别是近壁网格正交性和光滑性俱佳;改进的自由变形方法能够保持网格周期性和轮毂轮盖几何形状;流场计算结果与实验数据吻合良好。研究工作对发展多级高速轴流压气机优化设计和多学科分析系统具有重要参考价值。     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

多级轴流压气机三维数值优化设计

开发了利用非均匀有理B样条对叶轮机械三维叶片进行参数化重构的叶片造型模块和提供多种优化方法的优化模块;集成上述模块以及自主开发的网格生成软件和流场求解软件,建立了压气机气动数值优化平台.在该平台上对某5级轴流压气机末级静子进行了气动数值优化设计,取得了良好的优化效果,压气机性能得到有效提高.     

基于伴随方法的多级叶轮机三维叶片优化设计

伴随方法单次优化循环计算量与设计变量数目基本无关,多设计变量时计算成本低。本文采用伴随方法发展了多级叶轮机三维黏性气动形状优化方法,包括伴随方程及其边界条件、目标函数与设计变量的敏感性关系。结合基于Hicks-Henne函数的三维叶片参数化方法和最速下降法建立了气动形状优化设计系统。针对1.5级压气机第二排叶片的反设计验证了该优化系统的有效性;以进、出口熵增为目标函数改型设计某1.5级超音压气机,改型后气动性能明显提升。     

非结构混合网格上的NS方程求解方法

提出了一套较为通用的,完全自动化的非结构混合网格生成方法.在物面粘性作用区,采用一种改进的推进层方法生成三棱柱形和金字塔形网格;在其他流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格.采用一种改进精度的格心有限体积法对三维NS方程进行了求解,在加速收敛措施方面,提出了一种新的当地时间步长取定方法来减小质量较差的网格单元对流场计算稳定性和收敛速度的不利影响.以M6机翼和DLR/F4翼身组合体外形的粘性流场作为数值算例,验证了上述网格生成和流场求解方法的正确性和实用性.     

采用高分辨率高精度格式求解跨音压气机转子内三维粘性流场

采用一种新型的ＬＵ隐式算法及４－５阶高分辨率ＴＶＤ格式求解了叶轮机械内的三维Ｎ－Ｓ方程和ｑ－ｗ湍流模型。应用几何法与ＰＤＦ方法混合的网格生成程序,得到了ＲＯＴＲＯ３７跨音速压气机转子内的Ｈ型网格,并将数值模拟的结果同ＬＤＶ实验值进行了比较。     

多级轴流压气机通流造型一体化设计研究

多级轴流压气机气动设计的核心是S2通流设计和叶片造型设计。为了提高设计效率、降低时间成本,研究开发了多级轴流压气机通流、造型一体化设计方法。通过将S2通流设计反问题与叶片造型耦合联结,一体化设计获取压气机气动流场参数和流道、叶片几何,并直接与全三维数值模拟相衔接,可快速得到基本满足目标需求的初始设计。通过一体化反演设计具有设计数据与试验结果的美国E~3十级高压压气机前六级,其设计点的流量、绝热效率误差范围均在2.5%内,具有较好的工程精度,验证了研发的多级轴流压气机通流造型一体化设计的有效性与实用性。     

跨音速压气机迴转叶片排中三维流场的数值分析

一、前言 近年来,叶轮机械三维流场的数值模拟作为气动设计中流场校核和诊断的手段,已经在实际工程问题中得到有效地应用。(目前,在轴流压气机设计的工程应用中,仍以三维Euler方程方法和带拟粘性力项的Euler三维解法为主。在许多情况下Euler解法所给出的压力分布与实验测量结果有较好的吻合程度)。本文的目的是试图建立一种有效的跨音速压气机叶排中无粘三维流场的计算方法,以便为这类机器气动设计的校核计算     

应用笛卡尔非结构切割网格进行外挂物投放的数值模拟

描述了一种新的网格生成技术,即笛卡尔非结构切割网格技术,采用叉树数据结构,完成了几种单段和多段翼型以及三维机翼的网格生成.应用中心有限体积法,对其绕流问题进行Euler方程数值模拟,并将计算结果与实验数据进行对比.在机翼绕流数值模拟的基础上,求解出机翼带外挂物的分离投放的流场计算问题.     

微射流放大器内部三维流动数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以水作为工作介质,对不同流动工况的偏向型微射流放大器内部三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布图和速度矢量图,并通过计算得到平均流量增益曲线,将偏向型微射流放大器内部流场分析与外部运行特性分析有机地结合起来,为实验方案的优化提供了依据。     

气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格技术、分区算法以及双时间步长的方法,对某型涡轮级叶栅流场进行了非定常NS方程数值求解,考察了在有、无冷气喷射条件下涡轮级气动性能的非定常变化。结果表明,上游静叶栅是否喷射冷气对下游动叶栅超音速区域的影响具有明显的区别,有冷气喷射时动叶栅前缘气动负荷降低,级效率下降约1%,但是不同动叶通道内气动性能随时间周期性变化的幅度明显减小了。     

Evaluation of PowerFLOW for Aerodynamic Applications

A careful comparison of the performance of a commercially available Lattice-Boltzmann Equation solver (PowerFLOW) was made with a conventional, block-structured computational fluid-dynamics code (CFL3D) for the flow over a two-dimensional NACA-0012 airfoil. The results suggest that the version of PowerFLOW used in the investigation produced solutions with large errors in the computed flow field; these errors are attributed to inadequate resolution of the boundary layer for reasons related to grid resolution and primitive turbulence modeling. The requirement of square grid cells in the PowerFLOW calculations limited the number of points that could be used to span the boundary layer on the wing and still keep the computation size small enough to fit on the available computers. Although not discussed in detail, disappointing results were also obtained with PowerFLOW for a cavity flow and for the flow around a generic helicopter configuration.     

实验轴流透平级设计及流场分析

本文介绍了在S_2通流设计基础上,采用商用软件BladeGen作几何初步造型,利用基本截面变截面宽度扭曲、动叶多截面三维整体造型等多种手段来设计单级实验透平的过程,并进行了透平级三维流场数值模拟与分析,取得了基本性能参数与S_2通流设计相一致的结果,为后续实验研究和数值模拟工作提供了可用的实验条件和可靠的设计数据.     

含尘流透平叶片冲蚀的数值分析

本文在含尘流透平叶片流道内气固两相流动数值模拟的基础上,发展了叶片冲蚀的数值分析方法,提出了便于工程应用的有限区域内质量加权、面积平均的冲蚀率统计分布计算方法;对建造中的江苏徐州贾旺增压流化床联合循环中试电站燃气轮机叶片冲蚀问题进行了数值模拟,给出了计算结果的数据图象资料,就叶片冲蚀状况进行了分析。     

低压蒸汽透平排汽缸内三维粘性流动的数值模拟

采用三维粘性流场求解软件Fine／TURBO[1]对低压蒸汽透平下游排汽缸内的复杂流动进行数值模拟。计算中使用了Jameson的Runge-Kutta中心差分格式[2]和Baldwin-Lomax的代数湍流模型、计算结果同部分实验结果进行了对比,表明数值模拟揭示了排汽缸内复杂的旋涡结构,以及影响排气缸内压力恢复和总压损失的主要因素。     

大分离条件下风力机叶片三维定常数值模拟研究

为了改善失速条件下风力机气动特性的CFD模拟精度,采用定常的RANS求解方法和一方程S-A湍流模型,数值模拟定桨距型风轮叶片LM19在高风速(18m/s)条件下的气动特性.首先讨论了由流动大尺度分离导致计算收敛曲线大幅度振荡时数值结果的处理方法,然后分析了计算域尺度和网格密度对数值模拟结果的影响,为失速条件下风力机气动...