高亚音速二元叶栅损失的理论分析和实验研究

本文主要目的,是采用可压流紊流附面层理论,利用附面层理论中的一些附面层特性参数,如动量厚度、形状因子和能量因子以及其他组合参数等;采用栅后尾迹中附面层简单幂方气体速度分布;并在过去叶栅损失理论研究的基础上,推导出亚音速、跨音速二元叶栅总压损失简化了的计算方程。用它可以计算亚音速、跨音速压气机叶栅在设计工作情况和非设计工作情况下的二元叶栅总压损失。文中还提出了压气机叶栅在高亚音速、跨音速工作条件下,修正气体压缩性影响的新的图线方法。 按照所推导出来的叶栅损失计算公式,对给定叶型叶栅在不同工作情况下,进行了叶栅损失计算。另外,对给定叶型叶栅进行了吹风实验,测量出不同情况下的叶栅损失,两种数据进行了比较,得到较好的一致。     

求解叶栅跨音速流动反问题的有限体积方法

本文阐述了一种求解叶栅跨音速流动反问题的方法.流场的数值模拟以有限体积法为基础.应用这一技术设计叶型,型面上气流压力将达到预先规定的值.文中介绍了这种方法求解的基本方程系统和离散格式,着重讨论了壁面调整的方法、壁面压力的计算以及求解过程等问题.为论证方法的有效性,给出了几个跨音速涡轮叶栅的计算结果.     

轴流压气机跨音速双圆弧(DCA)叶型的研究——叶型设计计算

一、前言 跨音速气流在压气机叶栅中的流动,是高度三元性的和非常复杂的,现在虽然具有高速大容量电子计算机的应用条件,但对于解决实际的、三元的、可压缩流的叶栅中流动问题,仍然是困难的。现代轴流压气机高速叶型的设计,例如跨音速双圆弧(DCA)叶型的设计计算,完全可以按照行之有效的半经验方法,即理论与实际相结合的方法,找出这种跨音速叶型在给定工作条件下的各种主要性能参数和几何参数之间的关联,然后引入该叶型叶栅所积累的各种有效数据,从而求得这种叶型叶栅主要性能参数和几何参数之间的最佳组合,便有可能设计出叶栅中较小的总压损失和较高的叶栅效率。     

扩压叶栅中弯叶片作用气动机理的探讨

回顾和总结了关于弯叶片在压气机中气动机理的不同理解.深入探讨了压气机中弯叶片叶栅的气动力学变化,给出了弯叶片气动机理的另一种解释,即弯叶片在亚音速叶栅中通过改变密流的径向分布控制分离流动的发展,在超跨音速叶栅中通过改变激波前后的压力分布控制激波强度的大小.     

跨音速透平平面叶栅绕流特性的实验研究

本实验室叶栅风洞自1976年投入运行,已经完成了30套叶栅实验。这些叶栅的工作参数都属于跨音速范围.这包括有蒸、燃气轮机,动叶和导叶,顶、中、根部截面的各类叶型.稠度范围是b/t=1～2.5,气流折转角范围θ=11°～125°.它们具有一定的广泛性和代表性。     

速度图法透平叶栅跨音吹风试验和设计方法改进

本文给出了用速度图法设计的跨音速透平叶栅的设计资料和该叶栅的跨音吹风试验结果,根据实验结果和理论分析,提出了“激波-中心流线折转法”作为考虑激波时速度图法设计的改进。     

应用Navier-Stokes方程的叶栅粘性流动数值分析

本文以时间相关显式格式求解完全的Navier-Stokes方程,计算了二维叶栅中的粘性流动。一种Euler方程多网格算法,被成功地应用于粘流问题计算,显著地加速了收敛过程。用含分离流动的压气机叶栅和跨音速涡轮叶栅等算例,说明了解的准确程度和多网格法的效果。     

两种TVD格式在跨音透平叶栅流场计算中的应用

两种ＴＶＤ格式在跨音透平叶栅流场计算中的应用黄伟光，刘建军（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词跨音速透平，Ｅｕｌｅｒ方程，ＴＶＤ格式１引言现代高负荷透平大都工作在跨音范围，研究发展能准确预测跨音速透平叶栅内部流场的激波位置与强度以及叶...     

复杂约束环境下基于控制理论的透平叶栅气动优化

本文应用控制理论,基于网格节点位置坐标直接变分法建立了N-S方程的伴随系统.以叶栅通道内熵增最小为目标函数,并以流量为约束条件,详细推导了具有约束条件的二维N-S方程伴随系统的偏微分方程组及其相应的边界条件和敏感性导数的表达式。建立了基于黏性连续伴随方程和N-S方程的二维叶栅气动优化设计系统,并成功地应用于某一跨音速叶栅的优化设计。对计算结果的分析表明,该方法能够适用于透平叶栅气动优化设计。     

平面叶栅边界层的转捩试验及数值模拟

基于温敏漆(TSP)技术,以跨音速平面叶栅为研究对象,开展平面叶栅边界层转捩位置的试验以及数值模拟研究。试验结果表明：利用TSP测量技术可以得到平面叶栅表面的温度分布,进而判断边界层转捩位置。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值方法完成验证工作。     

扇形叶栅结构设计与应用研究

近些年,针对轴流式压气机和涡轮的叶栅实验研究越来越多,扇形叶栅实验作为叶型气动设计和性能验证的方法受到了广泛关注。本文以教研室跨音速扇形风洞为研究对象,介绍了扇形实验测试系统和试验件结构的设计,以及实验过程中遇到的问题和解决方案。文中分析了扇形叶栅收缩段出口流场均匀性对测试流场结构的影响,验证了叶栅进口安装可调导叶能够模拟实际工况下测试叶片进口的气流角和马赫数,并介绍了扇形叶栅侧板抽吸位置对流场内周期性的影响情况。本文为日后的扇形叶栅实验研究提供参考,同时提出了扇形叶栅吹风实验中有待进一步改进和提高的地方。     

平面跨音速叶栅的广义有限元法

对Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ广义有限元法在收敛速度和稳定性两方面作了改进，利用改进的方法，基于Ｅｕｌｅｒ方程，研究了平面跨音速叶栅流动，并与实验结果作了比较，计算结果表明，改进后的方法是跨音速计算的强有力手段。     

粘性跨音速叶栅绕流的数值模拟及前驻点处理

一、前言 对于粘性跨音速叶栅绕流,直接用N-S方程数值求解仍有很多困难,因此利用边界层理论考虑流体的粘性效应,进行有粘—无粘迭代计算是粘性流体叶栅绕流的很好模拟。采用多重网格有限体积法进行跨音速叶栅的无粘流计算,具有易于适应复杂几何形状,保证差分格式的守恒性、能较准确地计算激波。加速收敛等良好特性。为了提高精度和简化计算,在求解边界层微分方程时,采用了Illingworth变换方法,用驻点方程的相似性解给定边值速度剖面,使用全湍流Prandtl混合长度粘性模式并且其混合长度选用Plctcher     

基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计

本文研究并给出了基于离散伴随理论和自动微分技术构建离散伴随系统的方法、伴随系统的求解策略以及基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计流程,建立了相应的优化设计系统。利用该优化系统在无黏环境下,以叶栅通道进出口的熵增率为目标函数、以叶栅通道内的质量流量为约束,对某二维跨音速透平叶栅进行了气动优化设计。与优化前相比,优化后透平叶栅进出口熵增率减少8.82%,质量流量变化幅度小于0.003%。优化结果表明,本文提出的优化系统能够有效改善透平叶栅的气动优化性能,验证了本文提出的基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计方法的正确性与有效性。     

跨音速透平平面叶栅绕流的激波结构及其分析

通过跨音速透平平面叶栅气动试验所拍摄的纹影照片,分析讨论了在叶栅槽道及出口流场里的激波形成与发展。根据试验结果,论证了在自由边界面上反射激波的存在及其对流动特性的影响。在本文的第三部分对激波与附面层干扰的几种典型现象进行了讨论。     

涡轮叶栅流动分离涡模拟验证研究

本文采用DDES模型分析透平叶栅内部亚音速和跨音速流动。DDES模型能有效且较精确地计算亚音速流动,但计算跨音速流动时,出现修正函数f_d"保护"边界层功能失效的问题,极大地降低了计算精度;人为设定RANS和LES计算域,保证边界层完全被RANS计算域覆盖,计算结果得到很大改善。     

任意回转流面上跨音速压气机叶栅含激波流场的计算

本文运用时间分裂有限体积法,进行了任意回转流面上跨音速压气机叶栅含激波流场的计算。分析了MacCormack显式两步差分格式中的几种不同运算形式,提出了对于叶栅绕流计算问题的合适的运算方案。对几种边界条件的处理方法进行了数值试验和分析比较。流场计算中采用了一种周向非等距网格,这将有助于缩短计算时间。     

时间相关有限体积法在跨音速叶栅流场计算上的应用

本文在分析J.D.Denton格式的基础上,采用了R.W.MacCormack时间分裂有限体积法来计算跨音速叶栅流场,使计算与实验结果更加吻合.介绍了使用当地容许时间步长和加密网格法来加速计算收敛的效果.分析了几种人工粘性方法.对以滞止焓沿流线不变的关系代替能量方程时,流场中信息的传播规律进行了讨论.     

多网格——改进强隐式方法求解跨音速势函数方程

一、前言 求解势函数方程是跨音速计算的重要方法之一,多采用迭代法求解。对于特定尺寸的网格,迭代法对一定频率的误差分量有较强的消除能力,而对其它频率的误差分量则是能力有限的。为此,文献[1,2]提出了多网格方法,将迭代放在几种粗细不等的一组网格上反复进行,在满足一定精度的条件下,使迭代具有较快的收敛速度。本文将多网格法与文献[3]的改进强隐式法(SIP9)结合起来,计算了平面叶栅跨音速流动问题,比较了不同的层间转换插值算子及不同的迭代方法对多网格法收敛速度的影响。针对平面叶栅的     

跨音速叶栅绕流的数值模拟

一、引言 本文在文献[1]的基础上,提出了一种时间推进有限体积法,从积分型的基本方程出发采用了简单的曲线四边形组合网格,并以均总焓关系作为能量方程,构造了一种稳定性良好的差分格式。其特点是允许任意地剖分网格,易于适应具有复杂几何形状的问题;而且在每一时间步都保证差分格式的守恒性,能较正确地判定激波的位置。应用本方法,对三个实例叶栅进行了平面叶栅和任意旋成面叶栅中带激波的跨音速流场计算,计算得到的叶面压力分布和M数分布与实验值吻合良好。