叶型优化在非定常流动条件下效果的数值分析

本文对叶型优化在非定常流动条件下的效果进行数值研究。叶型优化基于比较成熟的在定常流动条件下的反问题解法，非定常流动则考虑到动静叶栅之间的相互作用，非定常流动的求解在Ｎ－Ｓ方程的基础上采用分区计算的方法来完成。数值计算的结果表明，定常流动条件下优化得到的叶型在非定常流动条件下同样具有较好的气动性能。     

低雷诺数反齐默曼机翼的气动特性

通过PISO方法求解非定常不可压N-S方程,研究小展弦比反齐默曼机翼在低雷诺数下的流场特征,并分析其对气动特性的影响.结果显示前缘分离涡在反齐默曼机翼上表面形成一对集中涡.分析表明这对集中涡是影响反齐默曼机翼气动特性的主要因素,给机翼提供了较大的非线性升力和较大的失速攻角,前缘涡之间的相互影响使得机翼出现非定常现象和大攻角的非对称现象.与矩形翼相比,反齐默曼机翼有较好的稳定性.     

孔型阻尼密封非定常气流激振特性的研究

采用自编理想气体两控制容积bulk flow计算程序及非定常数值求解方法,对孔型阻尼密封内的非定常气流激振特性开展了研究。利用实验测量得到的孔型阻尼密封转子动力特性系数,对两种两控制容积bulk flow方法、3种湍流模型的计算精度进行了考核。研究表明:本文的理想气体两控制容积bulk flow计算程序预测精度与等温bulk flow程序ISOTSEAL相近;非定常数值求解结果比bulk flow方法预测的结果更接近实验值;阻尼密封内湍流效应比较显著,但温度变化十分微弱,采用合理的湍流模型是提高孔型阻尼密封转子动力特性系数非定常求解精度的有效方法。     

基于非定常曲面涡格法的气动灵敏度和线性化分析

非定常曲面涡格法可以准确考虑曲面气动构型和非定常尾涡对气动载荷的影响,是分析大柔性机翼气动弹性动稳定性的重要手段。基于小扰动假定对气动载荷的状态空间方程线性化处理,基于链式法则对气动载荷的解析灵敏度推导,是构造线性化气动弹性方程的基础,并可用于提高动稳定性分析效率。此外,线性化的状态空间方程和解析灵敏度还可应用于气动弹性控制及优化设计。通过数值仿真发现,气动载荷对涡格节点在竖直方向的位移分量最为敏感。与有限差分法相比,使用解析灵敏度可以保障计算精度并大幅提高计算效率。     

机翼大攻角下失速颤振的气动弹性研究

本文采用流固耦合的数值方法研究了机翼在0°～50°攻角下的颤振。计算结果表明,随着来流攻角α0的增大,机翼的固有频率对颤振的影响越来越大,颤振由线性的强迫振动逐渐发展成为非线性的自激振动,而当α0增加到一定程度以后,大尺度分离流交替地从机翼头部和尾部产生,机翼和流场会发生共振,引起机翼的失速颤振。     

薄翼非定常气动力的涡方法计算

采用基于势流理论的涡方法,计算小扰动流场下薄翼的非定常气动特性。在中弧线和尾迹上布置涡量,建立两个控制方程和两个边界条件,数值求解薄翼的涡量分布并计算非定常气动力。将该方法用于二维平板绕流问题,计算了阶跃攻角和阵风两种工况,获得平板的涡量分布和非定常升力系数,结果与解析解Wagner函数和K(u|¨)ssner函数对比,证明了涡方法的准确性;最后采用ARMA降阶模型对涡方法的结果进行系统辨识,证明了ARMA降阶模型的有效性。以上研究将用于预测风力机非定常气动性能和气动弹性的分析。     

基于气动反问题的风力机翼型优化设计

翼型气动优化设计的核心在于快速、准确的流动性能分析与快速、可靠的寻优算法。本文提出通过控制翼型表面预期流动分布,应用气动反问题方法,求解性能优化的翼型气动设计新方法。本文的翼型流动分析是基于位势流动与边界层积分方程的迭代解法。气动参数寻优采用了基于多变量搜索的加速POWELL算法,在确定的参数空间内,遍历搜索最佳性能点,可以保证最终优化解的全局性。气动反问题求解采用了壁面喷吸气模型。计算案例表明,本文方法的计算时间少,在流动不分离时具有与RANS同等计算精度,为快速开发低速风力机翼型提供了一个有效的设计方法。     

叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟

本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程,对叶轮机械多级叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后,针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析,得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。计算结果表明。本文提出的计算方法是合理有效的,为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。     

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。     

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。     

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。     

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。     

非定常激波对气膜冷却影响的数值模拟

利用数值计算的方法研究了非定常激波对下游涡轮叶片表面气膜冷却的影响.冷却气流在激波和尾迹经过的过程中,发生了上扬和重新被压制回壁面的现象.考察了壁面上特定点在有气膜和无气膜情况下的换热量.通过计算发现,有气膜时的换热量有不同程度的下降,而且换热量随时间变化的趋势也发生了很大的变化.气膜的覆盖减小了主流场对壁面换热量的影响.     

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。     

完全气体一元变截面有传热有摩擦流动的一些不定常解析解

本文给出了可压缩完全气体的一系列－元不定常流动解析特解，而且流动中可以包括有变截面、传热与摩擦等各种变化。这些解除在理论上有其重要意义外，还可以用来作为检验各种数值解的标准解之用。     

用热线风速仪测量叶轮后叶片扩压器流场

叶片扩压器对离心压缩机的总体性能影响很大,为了研究叶轮后叶片扩压器内复杂的非定常流动,本文对一大尺度离心压缩机级的叶片扩压器流场进行了实验测量。实验对Dantec的热线探针支架进行了改进,采用了固定热线、相位锁定-系综平均技术,对采集到的热线信号进行了有效地分解,提出了非定常强度的概念来定量考察离心叶轮对叶片扩压器流场的影响。     

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。     

钝尾缘翼型非定常气动特性及机理

钝尾缘翼型气动特性受到尾涡脱落的影响,在翼型DU 91-W2-250的基础上对称加厚得到了新钝尾缘翼型DU91-W2-250_6,利用密网格进行了非定常气动特性的数值研究。在各个攻角下钝尾缘翼型气动特性都具有周期性的特点,具体的波动特征如波动幅值及周期等则受脱落涡的大小、脱落位置及尾迹宽度的影响,而升力系数波峰、波谷则分别出现在顺时针涡及逆时针涡脱落的时刻。     

对旋轴流水轮机的非定常数值模拟研究

为了研究采用对旋转轮的新型轴流式水轮机的非定常性能,应用三维非定常数值计算方法,对该新型水轮机进行了数值模拟研究.数值计算中,采用了全三维全流道的数值计算方法,基于DES(Detached Eddy Simulation)方法获得了对旋轴流水轮机的非定常流场和能量性能.计算结果显示,该新型水轮机在一个转动周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性.     

不同进口畸变下低速压气机近失速状态非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对不同进口畸变条件下低速压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动特征进行了实验分析,从时间尺度和空间尺度,探讨了压缩系统对进口畸变效应的非定常响应机制。结果表明: 有畸变工况下,出现大尺度扰动型的失速先兆。