METHOD–OF–LINES SOLUTION OF TIME–DEPENDENT TWO–DIMENSIONAL NAVIER–STOKES EQUATIONS

A novel approach to the development of a code for the solution of the time-dependent two-dimensional Navier–Stokes equations is described. The code involves coupling between the method of lines (MOL) for the solution of partial differential equations and a parabolic algorithm which removes the necessity of iterative solution on pressure and solution of a Poisson-type equation for the pressure. The code is applied to a test problem involving the solution of transient laminar flow in a short pipe for an incompressible Newtonian fluid. Comparisons show that the MOL solutions are in good agreement with the previously reported values. The proposed method described in this paper demonstrates the ease with which the Navier–Stokes equations can be solved in an accurate manner using sophisticated numerical algorithms for the solution of ordinary differential equations (ODEs).     

AN UNFACTORED IMPLICIT MOVING MESH METHOD FOR THE TWO-DIMENSIONAL UNSTEADY N–S EQUATIONS

An unfactored implicit time-marching method for the solution of the unsteady two-dimensional Reynolds-averaged thin layer Navier–Stokes equations is presented. The linear system arising from each implicit step is solved by the conjugate gradient squared (CGS) method with preconditioning based on an ADI factorization. The time-marching procedure has been used with a fast transfinite interpolation method to regenerate the mesh at each time step in response to the motion of the aerofoil. The main test cases examined are from the AGARD aeroelastic configurations and involve aerofoils oscillating rigidly in pitch. These test cases have been used to investigate the effect of various parameters, such as CGS tolerance and laminar/turbulent transition location, on the accuracy and efficiency of the method. Comparisons with available experimental data have been made for these cases. In order to illustrate the application of the mesh generator and flow solver to more general flows where the aerofoil deforms, results for an NACA 0012 aerofoil with an oscillating trailing edge flap are also shown.     

轴流式水轮机三维非定常湍流计算及压力脉动预测

水轮机的稳定性研究是目前工程上大型水轮机组流动分析的重要课题,本文以某水电站的大型轴流转桨式水轮机原型为基础建立计算模型,完成了从蜗壳进口到尾水管出口整个流道的非定常湍流计算,预测了固定导叶进口、转轮后、尾水管进口等多个位置的压力脉动,并利用FFT变换进行分析得到了压力脉动的频率和幅值,探讨了水轮机全流道内压力脉动产生和传播的原理．     

离心泵在启动阶段的水力特性研究

针对工作的离心泵,分析了其内部流体的流动情况,建立了在非稳定工况下操作的理论扬程公式,非稳态理论扬程包括旋转加速附加扬程和水流加速消耗扬程以及由于流动速度变化引起泵壳中的附加压力而产生的扬程。在离心泵的启动阶段,对其在不同阀门开度下的水力性能进行了试验研究。测量了瞬时转速、流量、扬程随时间的变化关系,并把试验结果进行修正。由于启动时一部分扬程用来提供流体加速,压力传感器测量不到,因此必须把试验扬程加以修正。将理论计算与修正的试验结果进行了比较分析,两者基本吻合。     

压气机悬臂静叶流场非定常数值模拟

以现代高压压气机一排悬臂静叶与一排转叶组成的典型级为研究对象,采用非定常数值模拟方法,分析了非定常与定常数值模拟计算得出的级特性线以及峰值效率点气动参数在展向分布的差异,并对悬臂静叶内部流场结构进行了详细分析,结果表明:当悬臂静叶的轮毂设计间隙为2.5%叶高时,非定常计算的综合喘振裕度比定常大5.85%;在峰值效率点工况下,悬臂静叶总压损失和转子效率的非定常影响范围在10%以内,转叶进口相对气流角沿展向分布的影响在0.5°以内。悬臂静叶根部10%叶高以下区域出现了明显的泄漏流动,3.4%叶高压力系数变化最大,轮毂泄漏流起始于20%弦长附近,发展到70%弦长位置时泄漏损失最大,随后逐渐减弱.     

振动翼型和襟翼的绕流特性研究

用数值模拟手段详细地研究了振动翼型和襟翼的绕流问题,数值模拟的出发方程为Euler和N-S方程,格式为Bcam-Warming格式的改进型。数值实验主要针对流场的二大特性进行的,即振动对激波的影响和振动对分离的抑制作用,结果表明:(1)随翼型或襟翼的振动激波强度和位置也相应地变化但这一变化滞后于攻角的变化;(2)振幅加大激波强度的变化和激波运动范围也加大;(3)振动频率越高对激波的影响反而较低频时要小;(4)流动条件的不同可使升力回线的走向发生变化;(5)振动对分离有明显的抑制作用。     

耦合时间精度对模拟飞行器自由运动特性的影响

将亚迭代技术引入流体动力学和刚体动力学方程的耦合求解,获得细长三角翼极限环运动的规律.探讨耦合时间精度对飞行器非定常运动特性的影响,细长三角冀的大迎角自由滚运动最终形成极限环振荡的周期性自维持运动,不同攻角自由滚振幅阶跃式的变化特点较好地吻合了自由滚试验的规律.对于多系统耦合问题,亚迭代耦合求解(耦合时间精度为二阶)对物理时间步长的依赖性不明显;而存在一阶时间滞后的解耦推进方法的数值结果强烈地依赖于物理时间步长选取,稍大的时间步长将导致非物理的数值结果.     

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对高速跨音压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发,探讨了旋转失速发生和发展过程中,流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．     

非牛顿流体内流传热研究

在本文中,研究了注入轴对称模腔非牛顿流体非定常流动.本文的第二部份研究了上随体Maxwell流体管内热流动.对于注入模腔流动.其本构方程采用幂律流体模型方程.为了避免在表现粘度中温度关系引起的非线性.引进了一特征粘度的概念.描述本力学过程的基本方程是,本构方程、定常状态的运动方程、非定常能量方程及连续方程.该方程组在空间是二维问题,在数学上是三维问题.采用分裂差分格式求得本方程组的数值解答.分裂法曾成功应用于求解牛顿流体问题.在本文中,首次将分裂法成功地应用解决非牛顿流体流动问题.对于圆管内热流,给出了差分格式,使基本方程组化为一个三对角方程组.其结果,给出了不同时刻的模腔内二维温度分布.     

进口畸变条件下改善压气机性能的数值研究

依据"非定常两代流型"理论,验证了二维叶栅在均匀进气条件下,施加激励对其性能所起的改善作用,尔后重点研究了进口具有总压的周向畸变时,施加激励对其气动性能的影响。计算结果表明,在有无进口畸变时,施加一定的激励都会改善流场结构,气动参数有积极变化,压升和效率增加,特别是在流量比较小时,变化尤为明显.对于进口畸变和施加激励影响压气机性能的内在原因,从流场结构的变化方面进行了初步分析。