边界层转捩对风力机气动性能模拟结果的影响

本文采用CFD软件包FINETM/Turbo,选用结合AGS转捩模型的S-A湍流模型,研究边界层转捩对NORD-TANK 500/41型风力机LM19.1叶片三维流场的影响,并与采用-方程S-A和两方程k-ω(SST)模型获得的全湍流计算结果比较.在计算结果与实验数据进行对比的基础上,分析了三维粘性流场的流动细节,探讨了边界层转捩对风力机叶片气动性能和载荷预估的影响,获得了叶片转捩线随风速和沿展向的变化趋势.结果显示边界层转捩使数值计算的叶片性能和载荷增大、边界层分离推迟,为风力机叶片的优化设计提供参考.     

风力机黏性无黏耦合气动模型研究

三维面元法利用面网格实现三维势流流场的求解,不但可以准确地计算压力系数分布等叶片三维流场信息,又不需要耗费过多的计算时间,为分析风力机三维流场提供了有效的途径。边界层模型可以有效地计算近壁黏性区,从而补充面元法的不足。基于三维面元法和二维边界层模型建立黏性无黏耦合模型,并以Joukowsky翼型为案例验证面元法模型准确性。利用黏性无黏耦合模型对NREL Phase Ⅵ风力机叶片的三维流场进行了具体的分析。计算结果表明黏性无黏耦合模型具有效率高计算准确等特点,适合于风电叶片气弹耦合问题的研究。     

流体机械叶轮中三维边界层正反解法及其同势流迭代计算的比较

本文对于流体机械叶轮中叶片面三维边界层的正犀解法进行了比较,并且边界层的正反解法分别与叶轮内的三维势流迭代,完成了叶轮中无粘一有粘的相互作用的计算。计算叶轮为可遗式水轮机转轮,计算表明:边界层的反解法可以满足叶片面有局部分离流的非设计工况的计算。     

弯扭叶片栅内减少能量损失机理研究的新进展

根据实验结果和数值计算结果的分析，本文讨论了三维流场的压力分布对弯曲叶片型式的影响。进一步揭示利用弯曲叶片减小叶栅通道内能量损失的机理，弯曲叶片可以改变三维流场内的径向、横向和流向的压力分布。对于膨胀叶栅，采用正弯曲叶片可以显著的降低叶栅中的总能量损失系数。对于叶展中部伴有边界层强烈分离的导向叶栅，采用反弯曲叶片将有利于减小总能量损失。     

离心泵叶片压力面固液两相流的边界层分析

给出了离心泵叶片压力表面固液两相流体边界层控制方程和叶片压力面边界层分离参考点位置估算的一种方法,通过实例计算分析了相关的边界层参数,计算结果说明固液两相流的边界层厚度δ2随叶片弯曲系数Kν的减低和随质量浓度ρm的增加而减薄,并给出了对比试验的验证结果,结果是大于临界速度系数的叶片将使测试泵的性能有不同程度的下降,并且测试浓度的增加有抑制边界层分离的作用。它说明离心泵叶片压力面两相流边界层分离点的位置是随叶片形状的改变而移动的,是可以控制的。     

弯叶片对压气机叶片表面流动稳定性影响研究

本文研究了压气机叶栅中采用弯叶片对叶片表面流动稳定及转捩的影响.以风洞测得的叶片表面静压实验数据为基础,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内气动参数.将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析.计算结果表明,在压气机中采用弯叶片,可改善叶栅吸力面两端区边界层的流动,但同时会恶化叶栅吸力面中部边界层流动的稳定性;合理地匹配选择叶片的弯向与弯量,才能有效地提高扩压叶栅的整体流动稳定性.     

三维边界层内诱导横流失稳模态的感受性机理

边界层感受性问题是层流向湍流转捩的初始阶段,在转捩过程中起关键性作用,尤其是三维边界层流动.因此,研究三维边界层感受性问题对进一步理解层流向湍流转捩机理以及湍流成因具有重要的理论意义.采用数值方法研究自由来流湍流与三维壁面局部粗糙相互作用下三维边界层的感受性问题,确定是否能在三维边界层内寻找一种新的横流失稳模态;确定在何种条件下三维边界层内能诱导出定常、非定常的横流失稳模态;探索自由来流湍流的强度、展向波数和法向波数以及三维壁面局部粗糙的大小和结构类型等因素在自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用下三维边界层内被激发出的感受性过程中有何影响,并确定何种横流失稳模态在三维边界层感受性过程中占据何种地位.对自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用激发三维边界层内感受性问题的深入研究,将有助于完善流动稳定性与湍流理论,为层流向湍流转捩过程的预测与控制提供合理的理论依据.     

前缘曲率对三维边界层内被激发出非定常横流模态的影响研究

三维边界层感受性问题是三维边界层层流向湍流转捩的初始阶段,是实现三维边界层转捩预测与控制的关键环节.在高湍流度的环境下,非定常横流模态的失稳是导致三维边界层流动转捩的主要原因;但是,前缘曲率对三维边界层感受性机制作用的研究也是十分重要的课题之一.因此,本文采用直接数值模拟方法研究在自由来流湍流作用下具有不同椭圆形前缘三维（后掠翼平板）边界层内被激发出非定常横流模态的感受性机制;揭示不同椭圆形前缘曲率对三维边界层内被激发出非定常横流模态的扰动波波包传播速度、传播方向、分布规律、感受性系数以及分别提取获得一组扰动波的幅值、色散关系和增长率等关键因素的影响;建立在不同椭圆形前缘曲率情况下,三维边界层内被激发出非定常横流模态的感受性问题与自由来流湍流的强度和运动方向变化之间的内在联系;详细分析了不同强度各向异性的自由来流湍流在激发三维边界层感受性机制的物理过程中起着何种作用等.通过上述研究将有益于拓展和完善流动稳定性理论,为三维边界层内层流向湍流转捩的预测与控制提供依据.     

三维边界层内定常横流涡的感受性研究

层流向湍流转捩的预测与控制一直是研究的前沿热点问题之一,其中感受性阶段是转捩过程中的初始阶段,它决定着湍流产生或形成的物理过程.但是有关三维边界层内感受性问题的数值和理论研究都比较少;实际工程问题中大部分转捩过程都是发生在三维边界层流中,所以研究三维边界层中的感受性问题显得尤为重要.本文以典型的后掠角45?无限长平板为例,数值研究了在三维壁面局部粗糙作用下的三维边界层感受性问题,探讨了三维边界层感受性问题与三维壁面局部粗糙长、宽和高之间的关系;然后,考虑在后掠平板上设计不同的三维壁面局部粗糙的分布状态、几何形状、距离后掠平板前缘的位置以及流向和展向设计多个三维壁面局部粗糙对三维边界层感受性问题有何影响;最后,讨论两两三维壁面局部粗糙中心点之间的距离以及后掠角的改变对三维边界层感受性的物理过程将会发生何种影响等.这一问题的深入研究将为三维边界层流中层流向湍流转捩过程的认识和理解提供理论依据.     

叶轮机械三维边界层微分方程及求解

本文讨论叶轮机械三维边界层方程的推导、求解方法及应用。(1)推导出了考虑旋转效应与曲率影响的叶轮机械三维非定常边界层方程组的一般形式,其特点之一是法向压力梯度不为零。(2)讨论了边界层方程组的求解方法,以及起始条件与边界条件的确定方法。(3)对叶轮机械三种类型的三维边界层进行了数值计算,获得了与实验数据基本一致的结果。(4)比较了考虑与忽略旋转引起的法向压力梯度对计算结果的影响。     

离心压缩机级内静叶时序效应的数值研究

本文采用三维粘性非定常数值模拟的方法研究了离心压缩机级内静叶的clocking(时序)效应,研究结果表明,当两级静叶相对周向位置改变时最大效率变化为0.175%.另外,通过对非定常计算叶根,叶中和叶尖处流场图的分析,发现非定常环境下上游周期性尾迹对下游叶片边界层、尾迹以及叶尖泄漏流的相互作用.     

轴流叶轮机械端壁边界层计算方法

一、引言 在七十年代之前,人们对叶栅端壁边界层已经做了大量的研究.但只有当Mellor和Wood引入了叶片力亏损这一重要概念,并根据端壁二次流动损失与壁面附近叶片力亏损密切相关的事实,建立了二者间的关系以后,才使端壁边界层计算与叶轮机械效率联系起来.然而Mellor和Wood的方法只能与径向平衡计算相匹配,而不能与S_2流面计算相匹配,并且不易于求解流道内部的边界层参数.为了把两类相对流面理论用于叶轮机     

缺陷叶片对跨音速压气机转子气动性能影响

基于Hicks-Henne三维高阶延拓函数,提出了一种表征服役条件下由于积垢、腐蚀或磨损等因素造成压气机叶片表面几何缺陷的三维通用几何参数化建模方法,并以Rotor37为例,重点研究了叶片表面局部凸起缺陷对跨音速压气机转子气动性能和内部流动的影响。结果表明:叶片表面不同位置凸起缺陷的存在,使得Rotor37多变效率下降1.0%~1.3%;当表面凸起缺陷位于吸力面50%叶高、50%弦长附近时,激波诱导边界层分离现象明显加重,致使气动性能衰减更为剧烈。该研究对于深入认识服役条件下的压气机气动性能变化具有一定的理论价值。     

轴流通风机气动噪声的实验与预测

１引言轴流风机的气动噪声基本可分为紊流噪声及离散噪声。在中、低压头范围,尤其是单转子风机情况下,离散噪声经过管道声阻抗的衰减作用,在远离风机声场中可降到很低水平,此时紊流噪声成为主要成分。紊流噪声可有多种声源［１］,包括来流攻角引起升力变动相应的紊流噪声,叶片表面紊流边界层直接幅射的素流噪声,边界层分离的噪声,及叶片尾涡引起升力变化诱发的噪声。这些噪声都具有宽频带的特性。在来流无冲击进口,无边界层分离的正常运行条件下,从边界层中小尺寸旋涡直接幅射的声能是不大的。对有限叶片弦长,因叶片两表面大尺寸…     

尾迹流中大尺度涡的三维理论模型

根据流动稳定性理论,在边界层外区大尺度涡理论模型的基础上提出了一种解释尾迹流中大尺度涡产生机理的三维理论模型。采用该模型对NACA0012翼型尾缘后0．1到0．3倍弦长区域的流动进行计算,得出的流场结构及大尺度量的等值线等与实验符合一致,说明该理论模型能够很好地捕捉到尾迹流中大尺度结构的主要特征。该模型的提出为开展尾迹型流动的实验和数值模拟研究提供理论支持,同时为研究尾迹对流动的影响,特别是叶轮机内部的流动前一级叶栅尾迹对下一级叶片边界层的干扰提供了很大的简化。     

低雷诺数条件下低压涡轮气动设计

本文针对低雷诺数条件下低压涡轮效率较低的问题,提出了设计过程中应如何考虑雷诺数影响的思路,给出了适应低雷诺数环境下工作的叶片表面负荷分布形式,并进行了低压涡轮的气动设计。三维粘性计算的结果表明,应用本文所提出的负荷分布形式,能够有效的控制涡轮边界层的分离,降低气动性能对雷诺数的敏感程度,从而使得低压涡轮在高空低雷诺数条件下仍能保持较好的性能。     

压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代计算

本文给出一种计算压气机叶栅流场和气动性能的无粘流-边界层迭代方法.这种方法能够计算叶片后缘附近有紊流边界层分离的流动,考虑了尾迹对主流的位移效应.对一个高亚音速压气机叶栅的最小损失工况,计算得到的叶片型面M数分布、叶栅出口气流角、总压损失系数和试验值符合良好.     

采用端壁边界层抽吸方法抑制时栅二次流的效果分析

１前言叶栅端壁边界层和叶片表面边界层的发展及其产生的各种旋涡和分离流动对二次流损失有着重要的影响［１,２］,采用端壁边界层抽吸可以控制叶栅端壁上边界层的发展,从而降低二次流损失并改善出口气流的均匀性。同时,在汽轮机湿蒸汽静叶栅中有时也需在端壁上开设抽...     

第三代三维叶片技术思路分析

叶轮机已历经两代三维叶片发展:分别强调"基元叶型"和"掠弯积叠",较为有效地解决了基元叶栅负荷能力和展向势流匹配两大问题。那么,接下来三维叶片还能按何种技术思路继续发展?围绕该问题,本文首先简要回顾了叶轮机三维叶片技术发展历史及其对应解决的流动问题,然后分析了端区主要流动结构,指出组织好端区复杂流动是三维叶片进一步发展的出发点,并提出以叶片/端壁融合、前缘边条叶片为主要特征的第三代三维叶片技术思路.     

不同攻角下涡轮叶栅边界层分离再附的大涡模拟研究

本文采用三维可压缩N-S方程的大涡模拟方法,对低压涡轮叶栅T106A边界层的演化过程进行研究,分析攻角的变化对吸力面边界层的分离再附位置、分离泡长度等流动现象的影响。基于弦长和出口速度的雷诺数为1.1×10~5,出口马赫数为0.4。研究结果表明:来流攻角为+7.8°时,叶栅表面静压系数、吸力面边界层分离和再附位置与实验结果吻合较好;边界层分离后在三维不稳定性作用下依次形成Λ涡、发卡涡等结构,最终发生转捩;当来流从正攻角向负攻角变化时,吸力面边界层的分离点向下游移动,分离泡长度逐渐减小。