折叠翼面展开过程中气动载荷特性数值模拟

针对某飞行器翼面高速展开过程,采用定常和非定常数值模拟两种不同方法,进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究,其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性,分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响;非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化,从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况,分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现,当翼面展开速度与来流速度相近时,则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法.      

凹槽叶顶非定常间隙泄漏流动和传热的数值研究

应用数值方法研究了燃气透平中凹槽状叶顶非定常泄漏流动和传热问题.计算采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶,叶顶间隙高度取1%叶高,叶顶凹槽深度取2%叶高.通过施加非定常边界条件模拟上游静叶尾迹,分析了非定常流动对动叶叶顶传热的影响.结果表明,叶顶附近的流场波动主要出现在叶顶前部及尾缘附近.叶顶凹槽底部传热系数变化主要出现在凹槽前部.定常计算获得的叶顶面积平均传热系数与非定常计算的时均结果相差很小.     

PISO算法在求解方柱绕流非定常尾迹中的应用

应用PISO算法及非交错斜交网格技术,编制了求解二维定常、非定常流动的通用程序。计算分析了定常不可压缩Couette流动以及水平通道内方柱绕流尾迹的非定常流动,并详细分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构及发展过程,得到了合理的结果。验证了非迭代PISO算法及非交错斜交网格在分析非定常流动中的有效性,为进一步开展非定常流动的数值分析奠定了基础．     

缘线匹配主导下的叶轮机非定常设计

随着高性能叶轮机的不断发展,叶轮机流动固有的非定常属性越来越强烈以致不容忽略,且计算流体力学和计算机技术的飞速发展以及对定常,非定常流动现象认识的不断丰富,使得更全面考虑非定常影响成为可能.本文以缘线匹配产生的学科发展内在背景为导引,从气动、气弹/振动、涡轮热环境管理、转静噪音控制四个非定常设计方面论述了缘线匹配技术在其中的主导作用.     

非定常叶顶间隙泄漏流动和换热的数值研究

通过数值方法研究了带叶顶间隙的某一级半透平中的非定常流动和换热问题.数值模拟采用标准k-ω两方程湍流模型,求解非定常雷诺平均N-S方程.动叶顶部间隙取为0.4 mm.分析了动静干涉对动叶顶部间隙内泄漏流动与换热的影响.结果表明,周期性通过的上游静叶尾迹和通道涡足动叶通道中非定常现象的主要来源.流场的波动主要存在于叶顶吸力面侧中间弦长附近.叶顶换热系数波动主要存在于两个位置,一是叶顶吸力面侧,一是叶顶主泄漏通道.叶顶表面面积平均传热系数非定常计算的时均结果与定常计算获得的结果偏差小于2%.     

基于附加示踪变量法的涡轮轮缘密封非定常封严特性研究

采用基于附加示踪变量法和数值求解三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANs)和k-ω-SST紊流模型研究了涡轮轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。通过与模型实验的轮缘密封封严效率的比较,表明非定常时均结果与实验数据吻合良好,同时验证了基于附加示踪变量法的非定常数值方法模拟轮缘密封封严特性的有效性。分析了轴向和双重轴向轮缘密封的非定常封严特性。研究结果表明:静叶尾迹和动叶前缘附近的压力势场的非定常干涉效应以及盘腔中非定常的压力分布会强化主流燃气入侵。与非定常计算时均结果相比,定常计算会低估轮缘密封的燃气入侵量以及燃气入侵对盘腔流场的影响。双重轴向轮缘密封相比于简单轴向轮缘密封可以显著提高涡轮盘腔的封严效率。     

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论,开展了螺旋桨叶素地面风洞实验,比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响,以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明：相同电压幅值下,定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%,非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式,非定常模式下最大增效 20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4 与0.85 之间时,非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好,将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4 与0.85 之间可提高能量利用率。相同重复频率下,螺旋桨增效随着占空比的减小而增大,占空比为10%时,增效最大。相同占空比下,重复频率存在一个最优值,频率为30Hz 时,等离子体对螺旋桨的增效最大。     

跨音速离心叶轮叶尖区域流动的数值分析

本文以压比为6.1的跨音速离心叶轮为研究对象,采用定常和非定常数值模拟分析了叶尖区域激波与泄漏涡的相互作用和泄漏涡的非定常特征。随着流量减小,激波与泄漏涡的相互作用增强,最终导致泄漏涡破裂。小流量下泄漏涡的破裂引起叶片载荷的变化,叶片载荷的变化反过来影响泄漏涡的强弱,如此形成一个非定常循环过程。单通道模拟得出非定常流动的频率为0.668 BPF,双通道和三通道模拟得到的频率则为0.88 BPF。但三种模型得出的非定常机理相同。     

叶栅内定常及非定常粘性流动数值模拟

本文给出了一个模拟叶栅内准三维定常和非定常粘性流动的数值方法。对于定常流动,采用ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式和代数湍流模型求解雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,使用当地时间步长和多网格技术使计算加速收敛到定常状态;对于非定常流动,使用双时间步长和全隐式离散,采用与求解定常流动相似的多网格方法求解隐式离散方程。文中给出了ＶＫＩ透平叶栅内的定常流结果和１．５级透平叶栅内的非定常数值结果。     

多级轴流压气机间隙流动数值模拟

本文对某亚音轴流压气机的中间三排叶片进行定常与非定常数值模拟,分析在不同的动叶叶顶间隙和静叶气封间隙组合下压气机的流动特性。计算结果表明:定常计算条件下,叶顶间隙由0．5％叶高增大到2％叶高时,压气机的效率下降1．028％-1．034％,相同的气封间隙变化使效率下降0．108％-0．114％;非定常计算条件下,效率比定常计算高出 1％左右,并且叶顶间隙与气封间隙同时增大1％叶高时,效率下降约1％,与定常计算的规律相同。     

一种非定常N-S方程并行求解设计

为了解决计算流体力学(CFD)中非定常计算与越来越大的计算量,并行计算已成为一种现实有效的选择.论文首先研究了一种并行区域分解策略,该策略简单而高效,但需要算法配合.为此,采用了一种与并行完全兼容的隐式方法DP-LUR方法.通过双时间步长法,将DP-LUR方法延伸应用到非定常计算中而不改变其原有的性质.最后分析了并行编程中的主要难点,提出解决方法,即采用中间数据分离节点下标与处理,并给出了并行程序的总体结构.     

高阶谱元区域分解算法及其在流动稳定性中的应用

以无时间分裂误差的区域分解Stokes谱元算法为基础构建整体稳定性分析方法.用Jacobian-free的Inexact-Newton-Krylov算法求解不可压缩Navier-Stokes方程的定常解,将Stokes算法的时间推进步作为Newton迭代的预处理,在此基础上采用Arnoldi方法计算大规模特征值问题,对复杂流动进行稳定性分析,该方法能统一处理定常和非定常计算,没有时间分裂误差,无需显式构造Jacobian矩阵,可以减少内存使用,降低计算量,并加速迭代收敛.对有分析解的Kovasznay流动的计算表明,高阶谱元法具有指数收敛的谱精度.对亚临界方腔对称驱动流的各种定常解的计算及其稳定性分析验证了方法的可行性.     

轴流叶轮机械三维非定常粘性流动数值分析

１前言叶轮机内部流动的数值计算方法一般都是基于转子与静子结构相互无关的定常流动假设,这种假设实际上是认为转子叶排与静子叶排相距足够远,以至于相互之间互不干扰。事实上,叶轮机中的非定常性是其固有的,转子叶排与静子叶排相距很近,转子叶排的高速旋转、上游叶...     

时间倾斜算子在离心压缩机动/静相干非定常模拟中的应用

本文介绍了用时间倾斜算子来处理非定常计算中非等栅距的方法。通过引入时间倾斜算子对N-S方程进行转化,而不对几何结构作任何改变,且所计算的叶片通道数小,以确保有较好的计算效率。粘性的影响被归类到源项中来进行求解,在作时间倾斜的方程转换时,就不用忽略粘性应力项的影响,使得方程的求解更为真实。同商用软件的计算结果进行了比较,结果表明应用本文所发展的程序,能很好的预测离心压缩机级的非定常流动。     

湍流扩散燃烧的数值研究-PDF方法和火焰面模型的性能比较

采用标量概率密度函数(PDF)方法、稳态和非稳态火焰面模型三种方法对一个值班湍流CH_4/O_2/N_2射流扩散火焰(Sandia Flame D)进行数值计算,以比较不同燃烧模型的性能。PDF方法通过计算反应标量的PDF输运方程来得到标量分布,而火焰面模型只求解单标量混合物分数的PDF方程,组分和温度分布通过火焰面方程的求解或者火焰面数据库的插值得到。计算结果和实验数据对比表明PDF方法计算结果最好但计算量相当大,稳态火焰面模型则反之。综合而言,非稳态火焰面模型的预测结果相对稳态模型有了非常大的改进,而计算量仍然容易接受,非常适合工程应用。     

Transmission loss prediction of reactive silencers using 3-D time-domain CFD approach and plane wave decomposition technique

A predictive method is proposed to determine the transmission loss of reactive silencers using the three-dimensional (3-D) time-domain computational fluid dynamics (CFD) approach and the plane wave decomposition technique. Firstly, a steady flow computation is performed with a mass-flow-inlet boundary condition, which provides an initial condition for the following two unsteady flow computations. The first unsteady flow computation is conducted by imposing an impulse (acoustic excitation) superimposed on the constant mass flow at the inlet of the model and then adding the non-reflecting boundary condition (NRBC) when the impulse completely propagates into the silencer. The second unsteady flow computation is conducted for the case without acoustic excitation at the inlet. The time histories of pressure and velocity at the upstream monitoring point as well as history of pressure at the downstream monitoring point are recorded during the two transient computations. The differences between the two unsteady flow computational results are the corresponding acoustic quantities. Therefore, the incident sound pressure signal is obtained by using plane wave decomposition at upstream, while the transmitted sound pressure signal is just the sound pressure at downstream. Finally, those two sound pressure signals in the time-domain are transformed into the frequency-domain by Fast Fourier Transform (FFT) and then the transmission loss (TL) of silencer is determined. For the straight-through perforated tube silencers with and without flow, the numerical results agree well with the published measurements.     

An efficient numerical method for the equations of steady and unsteady flows of homogeneous incompressible Newtonian fluid

In the present paper, we present some numerical methods to solve the equations of steady and unsteady flows, such as those in the microcirculatory bed and large blood vessels (arteries and veins), respectively. In the case of steady flows, the method does not need neither any boundary conditions on pressure nor any small parameter, and the main computation consists of solving some Poisson equations. In the case of unsteady flows, the scheme uses a consistent Neumann boundary condition for the pressure Poisson equation. At each time step, a Poisson and heat equation are solved for the pressure and each velocity component, respectively. The accuracy and efficiency of scheme are checked by a set of numerical tests.     

基于特征线理论的辨识法在激波装配中的应用

准确地给出激波位置信息对于激波装配极为重要.但是,在使用计算流体力学（computational fluid dyna-mics,CFD）方法模拟复杂流动时很难准确地给出激波的位置.根据激波捕捉得到的流场信息确定的激波位置往往带有极大误差,在定常问题的模拟中,这种误差可以随着迭代逐渐消除,然而在非定常问题的模拟中,这种误差往往会积累甚至导致计算崩溃.文章将基于特征线理论的激波辨识技术应用到激波装配中,根据已有流场信息准确判断激波的位置.对于定常问题,该方法的应用加速了收敛速度;对于非定常问题,该方法的应用可以极大地避免初始误差的产生.