跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

复杂几何边界三维粘性内流问题的计算方法及算例

一、引言 本文企图发展一种能够计算具有复杂几何边界三维粘性内流问题的通用方法,为深入研究叶轮机械内部流动损失机理打下一定的理论基础。为此,本文首先对求解三维粘性流动问题的数值方法进行了探讨,发展了以速度逆变分量为求解变量,在任意非正交曲线坐标系下求解三维定常不可压缩时均N-S方程以及K-ε双方程紊流模型方程的有效数值方法。然后利用本文作者提出的计算三维内流问题的通用附体坐标系,完成了一套计算三维粘性内流问题的通用方法和计算机程序。为检验本文发展的数值分析方法的通用性和精度,对几种不同的流动问题进行了计算,结果令人满意。     

两种透平叶栅三维流动的计算分析

本文以数值手段分析研究两种不同叶片造型的三维环形叶棚内的定常粘性流动及损失情况，数值方法采用三维可压缩粘性流动压力校正其法求解N－S方程及k－ε双方程湍流模型．新一代透平叶片型线设计与传统叶片型线的差别在于叶片型线的后部加载特性．本文通过计算分析了这种后加载叶片与传统加教叶片应用于汽轮机时对控制三级叶栅损失与二次流发展的作用．     

汽轮机调节级静叶片排内流动分析

本文以数值手段研究了汽轮机调节级静叶栅内粘性流动。数值方法采用三维可压缩粘性流动压力校正算法求解Favre平均的N－S方程及湍流动能k方程和湍流动能耗散率。方程。传统汽轮机调节级静叶栅由于展弦比很小，通道二次流强烈，损失较大。本文分析了采用子午流道收缩及叶片弯曲对降低二次流损失的作用。数值计算的结果同实验结果吻合较好。     

低展弦比跨音速轴流风扇转子流场三维数值模拟

应用基于时间推进的有限差分法求解跨音速压气机风扇转子内部三维粘性流场．该方法以新型ＬＵ隐式格式和改良型 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式为基础,对三维可压缩雷诺平均 Ｎａｖｉｅ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和低雷诺数ｑ－ω双方程湍流模型进行求解．计算得到了ＮＡＳＡ Ｌｅｗｉｓ ６７跨音速、低展弦比轴流风扇转子的性能曲线并重点分析了近最高效率点工况和近失速工况下的内部流场．计算与实验结果的对比表明此方法能够得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速风扇转子内部流动．     

多级轴流压气机全工况特性数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解某多级轴流压气机内部流场及全工况特性。该方法以ＬＵ－ＳＧＳ－ＧＥ隐式格式和 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ迎风格式为基础，结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型，使用多重网格迭代加速收敛技术对三维可压缩雷诺平均Ｎａｖｉｅ－Ｓｔｏｋｅｓ方程进行求解．叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术．首先对一个五排压气机（进口导叶加两级）进行了全工况特性计算，并对计算结果做了详细分析．然后对前三排（进口导叶加一级）进行了全工况特性计算并与五排联赛的计算结果进行了对比，对多级环境对单级性能的影响机理做了初步探讨。     

三维可压缩绕球流的整体线性稳定性研究

研究基于三维可压缩Navier-Stokes方程拟线化方法的整体稳定性问题的数值求解,采用隐式重启的Arnoldi方法求解其特征值问题.针对三维可压缩绕球基本流,研究其在亚临界参数Reynolds数Re=200,马赫数M=0.2,以及超临界参数Re=300,M=0.6下的整体稳定性问题.结果表明,Mach数的增加(直至M=0.6)对流场模态的转变没有定性影响.     

可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择

应用本文作者提出的高收敛率、高精度和高分辨率方法求解可压缩粘性流动问题时选用了k－∈、k－ω和q－ω等三种考虑了可压缩性的双方程湍流模型．综合比较了模型本身以及边界条件提法的难易程度，它们对求解复杂流动以及捕捉各种间断面和滑移面的能力，对初始流场的依赖程度，对收敛速率、CPU时间以及对解的精度和分辨率等的影响。本研究为三维非定常湍流计算提供了选择湍流模型的成功经验．     

基本型脉管制冷机的全三维数值模拟计算

建立了基本型脉管制冷机的三维物理和数学模型,在可压缩流动程序的基础上,开发了基本型脉管制冷机的三维非稳态可压缩交变流动与传热耦合计算的数值模拟计算程序。考察了截面平均参数在一个周期内随时间的变化情况,详细分析了脉管内的流场和温度场以及其他各主要参数的变化,对脉管制冷机的工作过程和制冷机理有了进一步的了解和认识,为脉管制冷机的结构改进和实用化奠定了一定的基础。     

振动叶栅中三维振荡粘性流场的压力密度消去法

1前言三维非定常流场的求解是目前国内外的一个热点研究课题山。文献［2］完成了三维可压非定常欧拉流场的求解,这一方法在求解三维非定常欧拉流场时,应用了四阶fringe－Kutta方法对控制方程进行积分,用中心差分进行空间离散,采用了四阶人工粘性项来保证计算格式稳定,计算稳定性要求严格,时间步长不能大,计算时间长。本文从非定常三维粘性N－S方程组出发,通过合理的数学方法,消去压力及密度项,得到只包含振荡速度矢量项对空间的偏微分方程组,在已知定常速度场后,这一方程组很容易求解。2基本方程在以角速度为n作旋转的相对坐…     

用Lattice Boltzmann方法确定多孔介质的渗透率

应用７－Ｂｉｔ的正六角形格子的不可压缩Ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型，对多孔介质中的流动进行模拟，通过研究流量和压力梯度的关系，给出了Ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法模拟的Ｄａｒｃｙ定律。调节孔隙率，粘性系数等参数，给出了渗透率与这些参数的关系曲线。     

应用GAO-YONG可压缩湍流模式数值模拟RAE2822翼型绕流

应用Gao-Yong可压缩湍流模式,数值模拟RAE2822二维翼型在两种不同来流情况下的跨音速粘性绕流问题.湍流模式的对流项用ROE格式离散,扩散项用中心差分格式离散,空间离散后的控制方程用多步Runge-Kutta显式时间推进格式求解.计算结果预测了翼型表面的压力系数的分布、平均速度剖面、激波的位置、马赫数等值线等情况.同时,对翼型表面激波与边界层相互干扰以及转捩问题进行分析计算,结果表明,Gao-Yong可压缩湍流模式结合适当的数值方法能够成功地模拟翼型跨音速粘性流动.最后,基于Gao-Yong可压缩湍流模式各项异性湍流粘性的机理,初步提出一种预测转捩起始位置的方法.     

有限雷诺数情况下微槽道可压缩流动滑移流模型稳定性的数值模似

通过对微槽道一阶滑移流模型稳定性的理论研究，发现在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下，当Knudsen数Kn大于1／9时，会出现不稳定现象．这一理论结论在可压缩流和有限雷诺数情况下是否成立，尚不清楚，采用成熟的计算方法，用数值计算来研究可压缩流和有限雷诺数情况下一阶滑移流模型的稳定性，发现随着雷诺数的减小，不稳定的临界Knudsen数也不断减小，逐渐趋近于在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下得到的理论分析结果。     

非正交曲线坐标下三维粘性流动数值分析

本文基于非正交曲线坐标与相应的非正交速度分量下导得的守恒型N—S方程，讨论了求解三维粘性流动的数值方法，计算中显式时间推进算法与Baldwin—Lomax湍流模型被采用，应用本工作发展的程序，作为算例计算了一个沿径向非等截面环形叶栅的三维粘性流场，得到了诸如三维压力分布，总压损失分布以及十分清晰的二次流动图景等丰富的流场信息。     

振荡机翼跨音速非定常粘性绕流的数值计算

以非定常Ｎ－Ｓ方程为主管方程，采用ＬＵ－ＮＮＤ混合差分格式，Ｃ和Ｃ－Ｈ型贴体运动网格，Ｂ－Ｌ双层代数紊流模型，求解绕振荡翼型和三维机翼的跨音速非定常粘性流场，分别计算了ＮＡＣＡ００１２翼型和Ｍ６机翼作俯仰振荡时跨音速非定常粘性绕流流场。研究了非定常绕流的气动特性，部分计算结果和风洞实验值作了比较。     

两个同心旋转球之间流动的谱方法

利用Stokes算子的特征函数作为基函数,用谱Galerkin方法对两个同心球之间的粘性不可压缩流动进行了研究,并作了数值模拟,并且利用谱方法得到了一个Lorenz型方程,分析了它的稳定性,证明了其吸引子的存在性。     

汽轮机小长径比静叶片的优化径向积叠

应用粘性流动数值计算对叶轮机械叶片进行设计，能够使设计者对几种不同设计方案进行分析以满足设计要求，并获得最佳设计方案．本文采用三维N．S方程组和Baldwin-Lomax湍流模型，对一个小长径比的汽轮机导叶进行三维粘性流场数值模拟．计算结果表明，采用合适的周向弯曲（优化径向积叠）同样可以提高短叶片的效率．本计算方法可用来分析和研究叶片径向积叠形式对径向和周向流量平均绝热效率的影响，以获得较优的积叠形式．     

中等半径比反向旋转圆Couette系统流动稳定性的实验和数值研究

圆Couette系统已成为研究从层流转捩为湍流以及有限几何尺寸对图案选择影响的范例.本文以实验和计算机模拟方法研究中等半径比圆Couette系统的稳定性.考察同轴独立旋转圆筒之间的粘性不可压缩流体运动，推广了经典的Rayleigh离心不稳定性理论，导出稳定性判据，用来定量地确定稳定界限.实验采用了流动显示和激光散射技术.仪器有半径比η=0.699，形状比Γ=18.流动状态相图中的显著特征是新的首次失稳态：当外筒静止或反向旋转时，首次失稳出现具有非零方位角波数的螺旋涡流，在轴向和方位角方向为行进波，而并非与时间无关的Taylor涡.初步实验所得的转捩Reynolds数与数值计算结果一致.实验室和数值实验显示出半径比对图案形成和转捩序列的影响. 关键词：     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

一种隐式预处理方法及其在定常和非定常流动数值模拟中的应用

将Choi-Merkle矩阵预处理方法与LU-SGS隐式方法、双时间法以及多重网格方法结合,发展适用于绕飞行器定常和非定常粘性流动的高效隐式预处理计算方法和程序.介绍一种针对定常和非定常流动的LU-SGS隐式预处理方法的统一表述方法.在不改变流动解的前提下,对Navier-Stokes方程的伪时间导数项实施Choi-Merkle矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性,使基于LU-SGS时间推进格式的数值模拟方法同时适用于从极低马赫数到可压缩范围内的数值模拟.对Jameson中心格式的人工粘性进行相应的修改,以提高低速流动的计算精度.翼型、机翼以及翼身组合体绕流的数值模拟研究表明,隐式预处理方法获得了很高的计算效率,可使马赫数0.1左右的低速流动计算时间减少50%以上;通过对现有可压缩计算程序进行小量改动,便可使其均匀覆盖整个低速流动范围,提高CFD程序在飞行器绕流数值模拟中的实用性.