关于叶轮机时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系的初步诠释

本文以考虑非定常流动的完整性为线索,总结概述了先前气动设计体系的困难与限制,在此基础上,以描述叶轮机流动的时均和时间精确模型为核心分别从其构成和标志性技术对叶轮机时均和非定常气动设计体系进行了初步诠释。文章认为促成时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系现实应用是叶轮机发展的最后契机。     

一个跨音风扇级转/静干扰流动的时间精确模拟

本文采用双时间步法,较为方便地将孤立叶排定常流场求解拓广为转／静干扰非定常流场时间精确求解,而且该流场时间精确求解方法收敛速度较作者最初工作有较大提高．文章通过对一跨音风扇级非定常流场时间精确模拟,对叶轮机非定常流动建立了一定理解．     

非定常环境下叶栅性能的数值研究

本文采用数值方法对叶轮机基元非定常流和排间匹配进行深入研究。结果表明流动非定常性产生额外损失,滞回现象存在于叶轮机中。而考虑基元非定常流动的叶型设计和排间缘线匹配技术将是未来叶轮机非定常气动设计的核心。     

缘线匹配对非定常流动影响初探

为深化缘线匹配对叶轮机非定常流动影响的认识,本文以关注尾迹撞击叶表展向轨迹为出发点,围绕缘线匹配对叶轮机非定常流动及性能影响进行了初步数值探索.研究表明:不同缘线匹配时叶片整体性能参数具有不同的脉动水平;给定缘线匹配下,整体性能参数脉动幅值随工况几乎不变或变化很缓;在设计点为达到降低某种脉动目的而实施的缘线匹配在非设计点同样有效;尽管微弱,数值模拟中还发现缘线匹配对上游尾迹随流掺混产生影响;缘线匹配严重影响时均相关项量值水平,尤其在叶尖、叶根和前缘附近.     

可压缩κ-ω方程紊流模型及其应用

前言U前可用于工程应用的各种紊流模型中,在对逆压梯度下有无分离流动、低雷诺数区域流动以及对可压缩流动,特别是高速紊流流动等问题的精确数值模拟上,除多重尺度模型外,预测精度较理想的是k一。两方程模型。在k一。模型的开发和应用上,Wilcox及Menter等［‘－’］?..     

叶轮机设计的缘线匹配理论及方法

本文提出了叶轮机非定常设计的缘线匹配理论和方法,研究指出,缘线匹配注意了先前没有被考虑的周期非定常流动的相位影响,而今通过协调相邻叶排相邻缘线空间关系得以实现。初步理论及数值研究表明缘线匹配技术在提高叶轮机气动性能、气弹性能、气动噪声和热传导性能上的潜力。作为一个设计自由度,它使叶轮机非定常气动设计具有了真实而可操作的内容。     

相位延迟法在双排涡轮三维非定常流动数值模拟中的应用

非定常性是叶轮机械内流动的本质属性,本文采用相位延迟法,实现了双排叶片、各排叶片通道宽度不相等的叶轮机械非定常流动三维数值模拟,控制方程为Navier-Stokes方程,湍流模型采用Baldwin-Lomax模型。计算结果表明,该方法使用单通道来模拟叶片通道不相等的叶轮机械非定常流动,具有计算经济,模拟准确的特点。     

离心泵启动过程内部瞬态流动的二维数值模拟

为分析离心泵启动过程外部瞬态特性的内流机理,建立求解叶轮启动和加速过程泵内部非定常流动的数值模拟方法,以二维离心泵为模型进行启动过程内部流动的数值模拟研究.以绝对坐标系描述伞场流动,采用动网格方法实现离心泵启动过程中叶轮加速旋转引起的流场变形,选用人涡模拟(LES)描述湍流.分析了叶轮启动过程巾内部非定常流动结构和演化过程及其与外部瞬态特性的关系,并与准稳态假设下的流动模拟结果进行了对比分析,定性地分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,验证了采用动网格方法求解启动过程瞬态流动的可行性.     

离心压气机叶轮弯曲母线造型及叶片弯曲减少二次流损失机理初步探讨

在离心叶轮在母线几何设计方法基础上发展了叶轮弯曲母线造型方法。使用这种方法不仅可对现有叶轮进行精确模拟，还可在设计中利用叶片弯曲控制离心叶轮槽道内二砍流动，达成减少损失的目的。使用三元粘性数值模拟技术对这一机理进行了初步探讨．     

缘线匹配技术在轴流透平设计中的应用探索

缘线匹配技术是叶轮机非定常气动设计技术,它以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级蒸汽透平设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计自由度。     

Solution of N-S equations based on the quadtree cut cell method

With the characteristic of the quadtree data structure, a new mesh generation method, which adopts square meshes to decompose a background domain and a cut cell approach to express arbitrary boundaries, is proposed to keep the grids generated with a good orthogonality easily. The solution of N-S equations via finite volume method for this kind of unstructured meshes is derived. The mesh generator and N-S solver are implemented to study two benchmark cases, i.e. a lid driven flow within an inclined square and a natural convection heat transfer flow in a square duct with an inner hot circular face. The simulation results are in agreement with the benchmark values, verifying that the present methodology is valid and will be a strong tool for two-dimensional flow and heat transfer simulations, especially in the case of complex boundaries. Supported by Japan Society for the Promotion of Science (Grant No. C20560175) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10872159 and 40675011)     

Direct numerical simulation methods of hypersonic flat-plate boundary layer in thermally perfect gas

High-temperature effects alter the physical and transport properties of air such as vibrational excitation in a thermally perfect gas,and this factor should be considered in order to compute the flow field correctly.Herein,for the thermally perfect gas,a simple method of direct numerical simulation on flat-plat boundary layer is put forward,using the equivalent specific heat ratio instead of constant specific heat ratio in the N-S equations and flux splitting form of a calorically perfect gas.The results calculated by the new method are consistent with that by solving the N-S equations of a thermally perfect gas directly.The mean flow has the similarity,and consistent to the corresponding Blasius solution,which confirms that satisfactory results can be obtained basing on the Blasius solution as the mean flow directly in stability analysis.The amplitude growth curve of small disturbance is introduced at the inlet by using direct numerical simulation,which is consistent with that obtained by linear stability theory.It verified that the equation established and the simulation method is correct.     

轴向超音来流风扇转子流场数值模拟

本文根据轴向超音来流风扇流动特点,给出其流场数值模拟的边界条件,并依据出口流动状况对计算域提出相应要求,对两种轴向超音来流风扇转于内流动进行了数值模拟。     

离心风机梯形截面蜗壳内旋涡流动的数值分析

本文求解时均N-S方程和“Baldwin-Lomax”湍流模式,使用基于时间推进法的Jameson格式计算方法,对一离心风机的梯形截面蜗壳内部流场进行了数值模拟。计算结果表明,在蜗壳各径向截面上都存在着一个旋转方向相反、强度交替变化的涡对。该涡对会随着径向截面位置与蜗壳运行工的变化发生复杂的变化。对该涡对演化细节的研究有助于探讨蜗壳内流动损失的一些机理。     

光学窗口外形对气动光学效应的影响

流场求解采用3维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解,采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。采用几何光学结合物理光学方法分析平均流动和湍流对光场的影响。计算结果表明:由于窗口外形曲面的曲率不同,两种窗口外部流场存在较大区别,气流速度、密度的分布情况各不相同。曲率较大的窗口外形对气流的压缩程度较大,导致气流绕过窗口顶端中心区域时流速快,密度梯度大,因而窗口空气阻力较大,光束在该窗口流场中传输受气流影响的影响也较大。     

稀薄气体流动非线性耦合本构关系研究进展

临近空间高超声速飞行器流场蕴含着复杂的非线性流动机理与丰富的热化学非平衡流动现象, 基于Newton摩擦定律和Fourier热传导定律的Navier-Stokes(N-S)方程不足以描述高超声速飞行器从连续流到稀薄流的多尺度非平衡现象。非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations, NCCR)作为一种全新的本构方程体系, 在严格满足热力学熵条件的基础上, 巧妙地构建了应力与热流的非线性表达形式。然而, NCCR方程的强非线性耦合特性是求解过程的一大难题。为了克服这一技术瓶颈, 提出了混合迭代算法, 为实现NCCR方程的高效稳定求解提供了坚实的理论基础。在该理论研究的基础上, 考虑到原始NCCR方程对热通量演化方程的简化处理, 降低了方程的计算精度, 提出了改进的NCCR+方程。该方程在强激波压缩区域和膨胀区域表现出比传统NCCR方程更高的计算精度与更强的非平衡流动模拟能力。同时, 为了解决临近空间高超声速空气动力学的多尺度与多物理效应耦合难题, 提出了NCCR与转动非平衡的耦合计算模型, 拓展了NCCR方程在双原子气体中的模拟能力。为了揭示稀薄气体效应与真实气体效应的耦合作用机理, 进一步建立了NCCR与热化学反应的耦合计算方法。大量研究结果表明, 考虑多物理效应的NCCR方程在低Kn下能够恢复到与N-S方程一致的解。随着Kn的增加, 流场的非平衡程度逐渐增强, 其结果与N-S方程差异显著, 而与DSMC方法计算结果和实验数据具有更好的一致性。      

双大涡模拟方法模拟提升管内气固两相流动

基于Smagorinsky涡黏模型以及颗粒动理学理论,建立了气固两相流双大涡模拟模型。考虑大涡模拟中过滤尺度的影响,给出颗粒相亚格子压力和热传导系数计算模型。考虑颗粒聚团对两相作用的影响,给出了考虑颗粒聚团作用的气固两相多尺度曳力系数模型。数值模拟了提升管内气固两相流动特性,合理地预测出了提升管内气固两相环-核流动结构。模拟结果与Knowlton等实测结果相吻合。     

CAA broadband noise prediction for aeroacoustic design

The current status of a computational aeroacoustics (CAA) approach to simulate broadband noise is reviewed. The method rests on the use of steady Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) simulation to describe the time-averaged motion of turbulent flow. By means of synthetic turbulence the steady one-point statistics (e.g. turbulence kinetic energy) and turbulent length- and time-scales of RANS are translated into fluctuations having statistics that very accurately reproduce the initial RANS target-setting. The synthetic fluctuations are used to prescribe sound sources which drive linear perturbation equations. The whole approach represents a methodology to solve statistical noise theory with state-of-the-art CAA tools in the time-domain. A brief overview of the synthetic turbulence model and its numerical discretization in terms of the random particle-mesh (RPM) and fast random particle-mesh (FRPM) method is given. Results are presented for trailing-edge noise, slat noise, and jet noise. Some problems related to the formulation of vortex sound sources are discussed.     

微喷管流的连续介质模型及其适用性

基于无滑移和有滑移的连续介质模型,对微喷管内的超声速冷态气体流场进行了二维和三维数值模拟,利用DSMC方法验证微喷管流中的连续介质模型,并重点分析微喷管流的低雷诺数效应、三维端面效应及其推进性能.研究表明,局部流场的模拟对模型和边界条件的要求要高于推进性能的估算,在努森数小于0.03时,可以使用无滑移的N-S方程预测推进性能;雷诺数是表征低雷诺数效应和推进性能的特征参数,提高工作压力可以改善微喷管的粘性损失和推进性能;在雷诺数大于1000时,若蚀刻深度和喉部宽度的比值超过13,微喷管具备很好的二维特性.     

运动涡旋脉冲引起的光学畸变

 主要研究了气动噪声对光传输和成像的影响。流场求解采用法福尔平均N-S方程，并分别利用基于MUSCL格式的AUSMPW+分裂和二阶中心格式对流通量和粘性通量进行离散处理；用四步四阶Runge-Kutta格式对方程进行时间推进求解，采用J-B两方程模型并经Sarkar方法进行可压缩修正后用于湍流的数值模拟。采用基于光学传递函数的物理光学方法分析平均流动和湍流对光质的影响。研究表明：涡脉冲在运动过程中会引起光束沿涡脉冲运动方向产生较大的整体偏折，偏折幅度随时间而变，最大偏折幅度可以达到1.7 μrad；在与涡脉冲运动的垂直方向，整体偏折基本可以忽略不记。在涡脉冲横穿光束的过程中，平均流动会导致焦平面光强峰值有两次下降，平均流动对光强重新分布的影响比湍流脉动影响更强。涡脉冲在运动过程中，先导致光束能量在与涡脉冲运动垂直的方向上扩散，随后使之在涡脉冲运动方向上向外转移。因能量向外扩散，导致Strehl比在0.9 s时刻降低到0.60左右。