任意回转面上,可压缩流动轴流式叶栅最佳壁面速度分布的计算方法

本文在边界层理论分析和叶栅损失计算的基础上,通过近代应用数学“最优控制论”的工具,首先提供了一个二元、不可压、稳定流动叶栅壁面最佳速度分布的理论计算方法。又通过一些转换的方法把它推广到了可压缩流动和任意回转面上。同时证明了二元不可压稳定流动叶栅壁面最佳速度分布经推广到可压缩流动任意回转面上去后,仍然是后者叶栅壁面的最佳速度分布。并且可以推广到二元扩压器,喷管以及轴对称细长旋成体表面最佳速度分布的计算。      

平面叶栅气动设计的最优化理论(Ⅱ)

本文在前文[1]的基础上,进一步提出了更完密的平面叶栅最优化理论,主要改进有:1)通过积分关系法和新的人工镶配术的处理,将叶栅最优化问题归化为一个更为完密的带有多个不等式型设计约束的最优控制问题;2)改用了连续型变换术,以求解带相约束的最优控制问题;3)采用了更先进的湍流边界层解法和分离准则,本理论的主要特点是能统一考虑各方面(气动、强度、振动、冷却、工艺等)的设计约束,故所得最优解是现实可行的。本文暂限于研究不可压缩流动,但本理论可较直接地推广到可压缩流动、任意旋成面叶栅以及轴流式三元转子上去。     

非定常可压缩紊流边界层流场的计算

本文通过引入非定常流函数,在Levy—Lees坐标下导出了非定常可压边界层的动量方程,并以Box格式将它离散并求解。而非定常能量方程则在物理坐标网格点上直接进行离散,其解法较为简便。采用本文方法首先计算了一个实际的低速非定常紊流边界层;并分别与实验结果及前人的计算进行了对比。本文的计算预示了较大的速度振幅过冲量。在可压流范围内。本文计算了零攻角平板叶栅、零攻角和5°正攻角双凸叶栅三种情况在进口来流简谐扰动条件下的非定常紊流边界层。计算结果表明,递压梯度下的平均速度剖面中出现涡量向壁面的迁移现象。     

对管内湍流边界层结构与流动阻力特性的数值研究

在研究紊流边界层的过程中,本文考虑了分子粘性对紊流产生的作用、雷诺数以及壁面附近脉动动能的耗散不是各向同性对紊流产生的影响,采用Jones-Launder模型对管内紊流流动边界层厚度、边界层内的脉动动能K,动能耗散ε,管壁切应力τ0以及由此可得的管内流动摩擦阻力系数λ进行了数值计算,计算结果与实验值、理论计算值得具有较好的一致性。     

快速求解叶栅流动的边界元方法

本文利用边界元方法，通过ｋｒｉｃｈｈｏｆｆ变换将描述叶栅流动的控制方程转换成线性方程。并将广义ｋ－Ｊ条件与边界积分方程联立求解，避免了非线性项和叶片出气角的迭代计算。完成了一种快速求解任意迥转面叶栅流场的计算程序，实用表明与其它数值方法及实验结果符合较好，具有快带、简明、实用的特点。     

有限深水中骑行波的显式Hamilton描述

小尺度波（扰动波）迭加在大尺度波（未受扰动波）上形成的波动一般之为“骑行波”。研究了有限可变深度的理想不可压缩流体中的骑行波的显式Hamliltn表示，考虑了自由面上流体与空气之间的表面张力。采用自由面高度和自由面上速度势构成的Hamilton正则变量表示骑行波的动能密度，并在未受扰动波的自由面上作一阶展开。运用复变函数论方法处理了二维流动。先用保角变换将物理平面上的流动区域变换到复势平面上的无限长带形区域，然后在复势平面上用Fourier变换解出Laplace方程，最后经Fourier逆变换求出了扰动波速度热所满足的积分方程。作为特例考虑了平坦底部的流动，导出了动能密度的显式表达式。这里给出的积分方程可以替代相当难解的Hamilton正则方程。通过求解积分方程可得出agrange密度的显式表达式。本文提出的方法约研究骑行波的Hamilton描述以及波的相互作用问题提供了新的途径，有助于了解海面的小尺度波的精细结构。     

幂律流体两平行圆板间径向扩散层流进口段流动阻力的分析

在文献￣［２，３］的基础上，将其方法推广到幂律流体流动，首先导出幂律流体两平行圆板间径向扩散层流边界层的动量积分方程和能量积分方程。通过对动量积分方程的求解，对幂律流体的进口段长度以及进口段效应压力损失和流量修正系数进行了分析计算，并且讨论了幂律流体的流动指数ｎ与进口处修正雷诺数Ｒｅ＿１对进口段长度和压力损失系数的影响。特别是当ｎ＝１时，本文的解与文献￣［３］中的解完全一致，因而间接验证了本文结果的可靠性。     

广义矩阵法及其在非正交曲线坐标系中的应用

本文的目的是:(1)使用广义矩阵法来提出在任意的、不均匀螺距的螺旋线的一般曲线(非正交)坐标系中,包括粘性应力分量及粘性耗散函数表达式在内的、完整的可压缩粘性流动方程;并导出在两种流体分界面上,带有粘性及表面张力的应力边界条件;(2)得出一个有限控制体的质量、动量——力及能量平衡的某些有用的积分方程;(3)说明在螺纹方形管中的定常不可压缩层流流动的某些结果,并指出文献[1]中粘性耗散函数表达式的错误。     

轴对称二维定常可压缩流体湍流边界层的计算

本文根据应力张量表示的动量方程,推导出了轴对称坐标系中无旋转定常轴对称流动可压缩湍流边界层的动量方程.可以看出,如果流道内流动要全部按粘性流体来处理,那末流道的曲率,以及曲率沿流动方向的变化率都不能太大.这一点在已有文献中都没有论证. 根据文中提出的方程组编制了一个计算程序并计算了一个例子.     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅱ)旋转叶列中轴对称流动的计算

本文把第一部分中所提出的计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法应用到旋转坐标系中。首先导得旋转叶列中粘性可压缩流动所满足的基本方程组,然后通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,得到叶轮机械旋转叶列流道中粘性轴对称流动的数值解。     

平面叶栅气动设计的最优化理论

本文在叶栅位流及边界层理论(考虑了层流至湍流的转捩)的基础上建立了叶栅最优化命题更完善的物理模型和变分表述式,并归化为一个带有多个不等式型“控制约束”和“相约束”的最优控制问题.然后,应用分段式极大值原理与约束分离原理等~[9]来求解. 这一理论的主要特点是能统一考虑各方面(气动、强度、冷却、工艺等)的实际设计约束,故所得最优解是现实可行的,可应用于工程设计实践. 本文暂限于研究平面不可压缩流动,但本文理论可以较直捷地推广至可压缩流动和任意旋成面叶栅上去.     

用两方程模型计算回转体尾部和尾流湍流流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法计算回转体尾部和尾流的定常、不可压缩湍流流动的数值方法。采用Harlow-Nakayama提出的两方程(K-ε)湍流模型。在数值计算上.1)把湍流流动中的总压,湍动能和它的耗散率方程中的对流项写成这些量沿流线变化的形式,静压采用径向压力梯度方程。2)用坐标变换,把径向和轴向都延伸至无穷远的流动区域变换到有限区域内,在外边界可使用自由来流条件,边界层流动和层外的势流流动可用统一的方程组求解。3)没有部分抛物型和薄边界层等种种近似假定。计算实例表明,理论预测和试验结果吻合。     

应用有限元法计算离心式叶轮内部流场

运用张量分析,采用半测地坐标系,导入了具有不变形式的流函数,推志了离心式叶轮内部准三元流动任意流面上函数所应满足的偏微分方程和定解条件,并运用伽辽金方法建立了相应的有限元方程。对离心式叶轮回转面上流动进行了计算,数值计算结果正确地揭示了离心式叶轮内部的流动规律。     

具有圆锥型内外壁的叶栅内三元流动近似直接解

在作了回转流面为圆锥面的假定以后,得出了十分简洁的运动方程的形式,其中不包含沿流线的导数项,与目前常用的S_1、S_2流面运动方程比较,不仅使计算大大简化,而且在计算时,可同时计及气流径向,及回转方向的变化,使我们近似地得出了三元流场的直接解。由于忽略了叶栅内流线的径向波动.这只能是一种近似解法,特别适合于轴流式叶轮机械的叶栅内部计算。      

考虑气动热对粘性系数μt影响的压气机流场计算

根据气动热影响叶片壁面附面层粘性系数tμ的理论,把考虑气动热对粘性系数tμ影响的粘性体积力计算方法运用于压气机叶栅三维粘性流场计算。计算时使用有限体积显式时间推进法解算Navier-Stokes方程,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动。所得结果比不考虑气动热影响的三维计算结果更接近实验结果,能更真实地反映压气机叶栅流场的流动。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅰ)静止叶列中轴对称流动的计算

本文提出一种计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法,通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中粘性可压缩定常流动问题的数值解。本文首先在静止坐标系中进行分析和讨论,并描述了叶轮机械的静止叶列中轴对称流动的计算方法。计算实例表明,本方法的特点是简单明了,计算速度快,可以广泛地应用于工程设计之中。     

RK—AUSM^＋混合格式在跨声速Euler方程计算中的应用

首先在一维AUSM^ 格式的基础上,推导出了AUSM^ 格式在任意曲线坐标下的二维形式,并将其与Runge-Kutta格式结合,对跨声速Euler方程进行求解,最后,为了验证RK-AUSM^ 混合格式的有效性,将典型双圆弧叶栅无粘跨声速流动作为算例,本文计算结果和文献结果符合很好。     

TVD格式在超音速喷管三维粘性流动求解中的应用

详细给出了任意三维曲线坐标系中Ｎｏｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的对流项ＴＶＤ格式的构造过程，建立了数值求解三维粘性流动的计算方法，应用该方法对三维超音速喷管中有激波及无激波情况下的两种工况的层流流场进行了数值求解，并与实验做了对比。结果表明本文建立的计算方法具有较高的精度，同时也证明ＴＶＤ格式具有分辩率高，稳定收敛等优点，为进一步开展叶栅流场及紊流的研究打下了基础。     

基于紊流状态的阻尼阀缝隙节流解析计算

提出了一种基于紊流状态的缝隙节流解析计算方法. 运用边界层理论给出紊流状态下流体的三层速度分布表达式,通过积分定理推导出平行平板的缝隙流量解析式,与CFD 软件数值解对比偏差很小,验证了方程的正确性. 以此为基础根据阻尼阀的结构特点又推导出同心环形缝隙的紊流流量公式,并分析不同物性参数对缝隙压差和流量的影响规律,填补了工程设计中没有紊流状态下缝隙节流解析式的空白,为提高阻尼阀的设计精度奠定了基础.     

含界面裂纹的不可压缩双金属胶接件的解析变分－守恒积分解法

本文根据平面问题的复变函数理论推导了含界面裂纹双金属胶接件满足微分方程、开裂界面边界条件与未开裂界面连续条件的应力与位移本征函数展开式，并建立了不可压缩双金属界面裂纹的复合型守恒积分及其与应力强度因子之关系，进而利用分区广义变分原理满足其余边界条件确定包含应力强度因子在内的展开式系数，得到守恒积分并求出应力强度因子．数值计算表明，沿不同回路的在恒积分具有很好的守恒性而且由这两种方法所得应力强度因子具有很好的一致性．