S_2流面正命题适用于纯物质流体的变分原理族及实际蒸汽跨声流动的变分有限元解

一、前言 自从叶轮机械基于两类流面迭代的三元流动通用理论提出以来,国内外在对叶轮机械的各种气动命题的求解方面已作大量工作,并得到令人满意的计算结果。但在流动工质的物性对流动的影响方面开展工作尚少,尤其在变分有限元计算方面,几乎还是空白。其主要原因是由于变分有限元的计算需要构造一套对各种流动工质普遍适用的变分     

混流式叶轮机S_2流面半反命题和A型杂交命题的变分原理族

一、半反命题的变分原理族 文献[1,2]分别建立了适用于轴流式和径流式叶轮机S_2流面半反命题和A型杂交命题的变分原理族,本文将它们推广到混流式的普遍情况。为了避免混流式中可能出现的解的不定性及分区处理的麻烦,现改用图1a的斜置坐标系x-y,并以y向动量方程为主方程。此时,如沿用文献[2]的符号,气动方程组可写作:     

关于计算透平机械内部准三元流动的S_2流面的讨论

一、关于平均S_2流面 在叶轮机械准三元流动计算中,从原则上讲可以选取任一个S_2流面与多个S_1流面迭代求解。但当从整体上分析叶栅的气动性能或进行叶片的造型时,选取不同定义的平均S_2流面得到的不同解使我们难以唯一地确定一个叶片流道内的平均参数。不同的作者使用的平均S_2流面的定义是不同的。我们给这些不同定义的平均S_2流面标以新的名称以     

跨音透平变工况计算

得到了一组包括S_2流面方程、简化S_1流面方程(用于求解叶栅尾部三角区)、流动损失关系方程及落后角关系方程的联合方程组,此方程组用于计算透平机械的正问题。 考虑了亚临界、临界及超临界流动的本质差别,在阻塞计算中考虑了损失的影响。用一种联合求解的方法来求解此方程组。损失、落后角及其它流动参数是在同一迭代过程中得到的,所以不会发生假堵塞,收敛也快。完成了计算机程序并用于跨音透平非设计性能的计算。 用此程序计算透平级出口性能得到了满意的结果。折合流量、效率及膨胀比与实验结果相当符合,计算结果与实验数据之差在1％之内。     

透平准三元设计中S_2流面计算探讨

一、引言 自从吴仲华教授创立的叶轮机械三元流动理论广泛应用于叶轮机械的气动设计以来,S_1、S_2两类流面的三元迭代求解方法有了迅速发展。在准三元迭代计算中,由于流线在子午面投影是连续的,若给定远方进、出口参数及间隙站环量,就可一次解出多级叶片中心S_1流场,而S_2流面由于动静叶间有相对运动,在稳定流动下只能计算一有前后延伸空段的单排叶片段,且此延伸空段的参数是多级中心S_2流面计算所没有的。因此为S_1流     

CAS压气机跨声速流场主流-边界层准三元迭代解

本文在S_2/S_1流面准三元迭代的基础上,建立了S_1流面和S_2流面的主流-边界层迭代汁算方法,以及S_2/S_1流面之间的无粘-粘性准三元迭代系统,首次完成了跨声速压气机流场的中心S_2流面和六个S_1流面之间的主流-边界层迭代计算,得到了无粘-粘性准三元迭代解.本文为进行跨声速压气机流场无粘-粘性准三元迭代提供了工程实用的计算方法,扩大了两类流面理论在叶轮机械粘性流动计算中的应用.     

使用非正交曲线坐标与速度分量S_2流面跨音速流函数解

基于叶轮机械两类流面迭代计算理论,在非正交曲线坐标上建立了S_2流面上弱守恒型流函数方程.使用人工密度修正方法求解S_2流面跨音流动正问题,用速度积分方法避免了密度双值问题,并编制了相应的计算机程序.     

非定常尾迹耗散过程无粘有粘数值模拟的比较

1前言目前关于透平机械的设计方法大多数都是基于定常流动的。然而透平机械内的流动本质上是非定常的。如果能够定量地考虑非定常流动的影响来进行设计,将会使透平机械的性能进一步提高。在多级轴流压气机中,与叶片相对运动有关的两种主要来源是叶片排间的势流相互干扰?..     

二维跨声速有旋流动反命题的赝势函数变分原理

本文以文献［３］所得正命题变分原理为基础,通过对边界项进行变域变分的详细分析,构造出了未知壁面的自然边界条件,推导出了求解反命题的变域变分原理,这些工作为采用有限元求解气动反命题奠定了完密的数学基础。     

去掉上、下游叶片排后“孤立”叶片排的叶栅实验和S_1流面计算中,上、下游条件的确定

根据五十年代初建立起来的叶轮机械三元流动通用理论,本文提出一个根据多排叶片的S_2中心流面的计算结果提供某一个叶片排的S_1流面计算所需的上、下游流场条件的方法。这个方法也适用于提供对多个叶片排中某一个叶片排的S_1流面上的叶栅进行实验工作时所需的叶栅上、下游条件。本文给出的算例表明:这种方法可以使S_2中心流面计算得到的叶片排上、下游间隙站上的气流参数基本上不因拿掉它的上、下游叶片排而受到影响;同时还表明,使用本方法后得到的S_1流面计算结果与通常的处理方法得到的S_1流面计算结果在叶片的前缘处有明显的差别。     

对亚音速静子使用一个中心S_2流面与多个S_1迴转面的三元迭代解

根据五十年代初开始建立起来的三元流动通用理论,利用文献[2—5]提供的计算机程序,用一个中心S_2流面和几个S_1迴转面交叉迭代的方法进行了高亚音静子的三元气动设计(反问题)计算。在交叉迭代过程中,静叶前S_1流片的形状和厚度变化及前、后远方的边界条件是一个不易确定的问题。本文通过新近提出的一个满足静叶前间隙中规定气体参量的相当流场的计算方法得到S_1流片的形状和厚度以及远前方周向均匀的进气条件。在迭代过程中熵的处理的一致性也是一个需要考虑的问题。计算结果表明S_1计算中必须适当考虑熵增的影响,以便与S_2流场中的熵值相一致,并能得到较高的迭代精度。这样做后,本文经过四轮迭代,就得到了S_1和中心S_2对应点上的各项参数相对差别都在2％以内的收敛解,并同时得到了满足流量和厚度分布的叶型及其叶面上的压力分布和速度分布,因之是一个可以实用的三元流叶片设计方法。     

机翼跨声速非常绕流IA型反命题变域变分有限元解

以文[1]提出的二维振荡机翼含激波跨声速非定常绕流IA型反命题变分原理为基础，构建求解IA型反命题的有限元解法。构造了三维时空可变节点有限元来捕获自由尾涡面和翼面几何形状，跨声速流中的激波用人工密度法捕获。在远场边界上采用简化的无反射边界条件，新型非定常Kutta条件被用于处理尾缘条件。用该方法，根据翼型跨声速非定常绕流翼面压力分布求解IA型反命题，得到了NACA64A010翼型的几何形态，计算结果令人满意。     

任意旋成面气动正命题的变域变分有限元解

一、前言 文献[1]、[2]给出了旋成面叶栅变分有限元法,但与其它解法相似,仍需用叠代法逐次逼近求得出气角,才能得到满足库塔条件的叶栅内流场。特别对离心叶栅,困难更大,处理欠妥即会出现无解。而且,迄今为止发表的叶栅解法都仅能近似求得栅后流线,影响了S_1、S_2叠代求解精度。 本文利用变域变分原理及有限元解法相结合,将沿叶栅后缘延伸至栅后区的两条     

任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题有限元解法

本文提出了任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题[考虑了叶面有喷气(吸气)的情况]的有限元解法。首先应用八节点等参数单元对相应的变分原理进行有限元展开,然后用迭代法求解所得的非线性方程组,求得全流场的速度势及速度分布,编制了能自动划分网格的计算程序。 以NASA叶片为实例进行的计算结果表明用本文建立的计算方法及程序无需作任何修改或补充,即也可用来计算(不带分流叶片的)任意旋成面叶栅流场,并得到收敛程度相当好的结果。 本文所建立的方法及程序只须稍作修改,就可引伸来求解串列叶栅气动正命题。     

机翼跨声速非定常绕流IA型反命题变域变分有限元解

以文[1]提出的二维振荡机翼含激波跨声速非定常绕流I_A型反命题变分原理为基础,构建求解I_A型反命题的有限元解法。构造了三维时空可变节点有限元来捕获自由尾涡面和翼面几何形状,跨声速流中的激波用人工密度法捕获。在远场边界上采用简化的无反射边界条件,新型非定常Kutta条件被用于处理尾缘条件。用该方法,根据翼型跨声速非定常绕流翼面压力分布求解I_A型反命题,得到了NACA64A010翼型的几何形状,计算结果令人满意。     

翘曲S_1流面跨声速流函数解

一、前言 在叶轮机械工程设计、计算中,往往使用只计算一个中心S_1流面和若干个迴转S_1流面的准三元迭代解。为了得到更准确的全三元解,文献[1]在全三元迭代计算中使用了翘曲的S_1流面计算机程序。文献[3]则发展了使用曲面拟合方法的翘曲S_1流面程序。在跨声流动存在强烈激波间断时,流面形状会在激波处发生折转,流片厚度也会突变。由于这种三元效应的存在,有必要发展任意翘曲S_1流面跨声程序,进行全三元跨声迭代解。本文在文献[5]的基础上发展了翘曲S_1流面跨声计算机程序。     

具有旋涡的翼型绕流辐射声场的数值研究

本文运用面无法和涡声理论数值来研究具有旋涡的ＮＡＳＡＧＡ（Ｗ）－１型翼型绕流的流场和辐射声场，这对于提高透平机械的效率及降低辐射噪声很有帮助。采用作者积累的关于面无法的一些计算技巧，首先成功地求解了不同攻角来流时的流场，再用涡声理论计算了涡旋绕过翼型时声压场的变化及声源的指向性，最后给出了有关这种流动噪声的发声机理和声源特性的一些有用的结论。     

流面倾斜叶轮最佳控制旋涡的研究与应用

在轴流式透平机械中,规定旋涡的空间分布不是一个新概念。但是,在给定设计条件下,如何求得最佳控制旋涡规律及其与流场、损失分布、流道几何形状等关系,进而达到叶型优化的目的,是一个重要课题。本文提出了满足最佳控制旋涡分布规律的流面倾斜叶轮的准三元流优化研究方法。本文主要应用于风机。风机准三元流场计算,包括沿子午     

叶轮机械中有旋流准三元设计和全三元分析的联接解

本文介绍了一个将叶轮机械的准三元设计和全三元流场分析解联结起来的计算方法和程序系统,是文献[13,14]所介绍的准三元和全三元计算工作的继续和发展.在本方法中首先使用一个中心S_2流面与一组S_1迴转面迭代进行叶片的准三元设计,接着使用两类普遍S_1,S_2流面交替迭代,对设计出来的叶片进行全三元流场分析解.该计算方法体现了使用中心S_2流面的优点,即很方便地从准三元扩展到全三元计算,程序结构简单,机器内存不需显著增加,可以得到三维空间沿流面直观的流动图形.算例表明该程序在准三元及全三元计算中的收敛性是很好的,在设计实践中可以得到有效的使用。     

S_1流面H型与C型双重网格计算

本文发展了一种S_1流面的H型和C型双重网格计算方法,即首先采用H型网格进行全流场计算,再在叶片前缘附近采用局部C型网格进行加密计算,在生成C型网格时采用了一种组合二次曲线拟合方法以便适用于各种压气机及透平叶型.文中给出的算例表明,本方法是提高S_1流面亚声速绕流计算精度和预测叶栅变工况性能的有效手段。