叶轮机械复杂流动的PIV应用研究

本文发展了适用于叶轮机械等复杂内流系统使用的ＣＣＤ视场标定技术,以及能够消除视窗大颗粒污染带来的影响的图象处理技术,并在高速压气机实验台上对一小展弦比高负荷跨音风扇转子尖部的非定常瞬态流场进行了成功测量．     

轴流压气机时尖泄漏涡的时均流动

用三维激光多普勒测速系统测量研究低速大尺寸单级压气机设计状态转子内尖区流场．结果表明，泄漏流在气流一进入转子叶片通道就开始发生，发生于前半弦长，其诱导形成的泄漏涡约在30％弦长处达到最强，随后逐渐衰减，其涡核顺下游慢慢向压力面方向和低时高方向移动，涡核在转子出口移至通道中部．泄漏涡影响区域沿流向逐渐扩大，并向压力面方向和低叶高方向移动．设计状态叶尖泄漏涡在转子尖区流动中起主要作用，是造成尖部流动阻塞的主要因素．     

高比转速斜流叶轮根尖加功量分配的影响分析

以高负荷高比转速斜流叶轮为例,采用数值模拟的方法,在级环境下分析了斜流叶轮根尖加功量分配形式对于斜流叶轮总体性能、叶尖泄漏以及出口均匀性的影响,讨论了斜流叶轮根尖加功量分配影响的内在机制.结果表明,强根部设计有利于减少叶轮内部流动损失,改善叶轮出口流场的均匀性,有利于获得较高的效率;而强尖部设计则有利于获得稍高一些的失速压比.     

叶轮机械内的分离旋涡流动

本文首先从粘性流体流动的基本涡量方程入手,对产生于旋转叶轮机械内的各类旋涡流动进行了深入细致的分析;在此基础上,分析描述了水洞模拟中典型叶片通道流场的各种分离旋涡流态,并对比了不同处理方法下这些旋涡流态的变化。通过上述的理论分析,以及结合实验研究工作中的结论,提出了减小旋转叶轮机械内分离旋涡流动的五点方法和结论,这些方法和结论对航空发动机和民用叶轮机械均有实践指导意义。     

双涵道叶轮机S2流面反问题计算方法

在双涵道叶轮机风扇和压气机的设计中,本文将风扇及内外涵叶片的S2流面反问题统一起来,而成为一个统一的双涵道叶轮机S2流面反问题.在分涵处,采用一列重叠网格,用来传递分涵处上游和下游的流场信息,分流机匣最前面的点既是内涵的计算点,又是外涵的计算点,以该点的压力值作为收敛的判断依据,通过改变分流比,使计算得到的两个压力值相等,分流机匣前的流线平滑,从而得到合适的流场.本方法适用于较复杂的双涵道叶轮机设计,风扇和内外涵叶片排数理论上都不受限制.     

压气机转子叶尖泄漏涡的SPIV测量研究

在低速大尺寸单级压气机实验台上,利用SPIV技术测量了设计状态和近失速状态下压气机转子尖区多个截面的 三维瞬态速度场。基于瞬态场测量结果,详细分析了设计状态和近失速状态下压气机转子叶尖泄漏涡产生、发展、失稳、 破碎的演化过程。     

叶顶间隙对冲压叶轮激波结构的影响

本文采用数值模拟方法研究了带有叶顶间隙的冲压叶轮内部流场结构,分析了叶顶间隙泄漏流对冲压叶轮内部激波波系的影响。研究表明,由于叶顶间隙泄漏流的影响,在叶片展向高度85%以上的区域,冲压叶轮通道内的激波波系受到较大的影响,甚至导致叶尖区域的激波波系完全被泄漏流的影响破坏,并在叶片吸力面形成一道斜激波,形成了新的激波波系,并且由于泄漏流的存在使得流动损失增加。     

改进的Baldwin-Lomax湍流模型及其在叶轮机械中的应用

对于Baldwin和Lomax代数湍流模型的两个主要缺点,即不同流动情况下长度尺度的不确定性以及尾迹区处理的模糊性,本文进行了针对性的改进.在固壁区域,采用基于函数值的加权平均方法计算长度尺度;在尾迹区,基于熵包线的概念来确定尾迹中心线和确定搜索范围.同时还提出了若干增强模型稳定性的措施.将所改进模型用于复杂的叶轮机械内流问题,分别以二维和三维压气机转子为算例,进行了改进模型的验证以及与基准模型进行了比较.结果发现,改进的模型能够正确地模拟物理现象,具有更高的精度,同时也提升了求解器的收敛性.     

叶栅气动弹性离散涡数值仿真──Ⅱ．数值试验

某于文献［１］中所提出的叶栅气动弹性离散涡数值仿真方法，对叶栅气动弹性进行了一系列数值试验。这些试验包括无阻尼、有阻尼工况。井包括一系列不同的来流攻角试验。为了使其非线性本徵得到充分发展，每一种工况都进行了长时间的计算。试验结果进行了后处理，分别得出了叶片振动位移和叶片所受非定常激发力的频谱。结果呈现出一定规律性，例如随着攻角的增加，传播夫速响应频率是下降的。     

跨音透平级动叶顶部间隙流动的数值模拟

本文对一个跨音透平级动叶顶部间隙内的泄漏流动进行了详细的数值模拟,并与没有顶部间隙时的情况进行了对比。计算表明在90％叶高以上的区域内,间隙内的泄漏流动使得动叶出口相对气流角较无间隙有很大改变。这将极大地影响本级和下一级的效率。     

轴流压气机小流量状态转子叶尖泄漏涡的三维流动

用三维激光多普勒测速系统测量了低速大尺寸单级压气机小流量状态转子内尖区三维紊流流场。小流量状态下叶尖泄漏涡产生于更靠近转子叶片前缘,旋涡强度大,发展迅速,在转子内距离前缘约２０％轴向弦长的截面达到最强,在８０％轴向弦长附近发生破裂。泄漏涡是造成转子内尖区流动阻塞和紊流脉动的主要因素之一。在约７５％弦长的轴向截面,吸力面角区发生旋涡流动,造成较强的流动阻塞和紊流脉动。     

透平叶片中的二次流旋涡结构的研究

当今在透平机械行业中的研究人员常常会被二次流旋涡结构的研究所吸引。本文作者主要用数值计算,部分地也用实验手段,试图研究、分析与讨论叶片通道中马蹄涡、通道涡、角隅涡和间隙涡等二次流旋涡的生成、演绎与发展。对于壁涡由于尺寸很小而不容易发现。现在应用弯扭叶片作为一种手段来降低叶片损失的人多了,从而需要对弯扭叶片对上述旋涡的影响进行研究。因此,本文对周向弯扭叶片的影响以及其对损失影响的机理也进行了讨论。     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

可压缩流动离散涡方法

推导了可压缩流动旋涡动力学基本方程,并分析了其基本性质。如同不可压流动,在可压缩流动中旋涡同样具有场与物质两重特征。得出了可压缩流中的旋涡诱导速度公式,对Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ方程进行了可压缩修正。基于Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ框架下的粒子方法,求解可压缩流中的胀量项,从而用离散涡模型求解了非定常、不稳定、可压缩流场。数值实验验证了提议的计算方法有效性。并分析了可压缩流动中旋涡运动的特征,与不可压流动的差别。     

多级叶轮机三维流动计算的级间混合方法分析

目前，多级叶轮机械的三维流动计算绝大多数采用了绝对与相对定常模型来模拟静动叶轮。对于这样的计算，周向平均是一种很有效的级间混合方法。不同的作者往往采用不同的平均方法，本文对于这些方祛作出了详细的理论与数值分析比较。