航空发动机部件和整机通流数值模拟研究

针对航空发动机部件和整机,为实现快速准确的流场与性能分析,基于时间推进通流方法开展了相关研究,并开发了相应求解程序。以严格守恒型通流模型为基础,结合计算流体力学求解理论,依次进行了轴流、离心压气机、轴流涡轮部件仿真验证,并最终对一台微型涡喷发动机地面节流特性进行了整机数值仿真验证。结果表明,所发展通流仿真程序求解稳定,能够快速获得发动机各类部件及整机的子午流场及总体特性。其中,整机总体特性预测与实验偏差不大于7%,符合工程应用精度需求。     

MW级超临界二氧化碳向心涡轮设计及分析

本文以某MW级超临界二氧化碳(S-CO2)向心涡轮为研究对象,对S-CO2向心涡轮的设计体系展开进一步探索,并利用一维分析方法和三维数值模拟方法对其进行气动分析.文中先介绍了本课题组已经开发完成的针对向心涡轮喷嘴和转子叶轮的一维气动优化设计方法,然后补充向心涡轮进气蜗壳的设计方法,最后利用三维CFD方法对设计方案的进气...     

叶轮机三维反方法伴随方程推导及其应用

通常的叶轮机械三维反方法存在以下问题:与使用者的经验相关;难以考虑多叶排之间的气动匹配;不能保证取得最优解等。本文创新性地将反方法与伴随方法相结合,充分利用伴随方法的计算时间与优化变量个数无关的特性,以期克服反方法的诸多问题,建立三维自动化的优化设计体系。本文首先推导了反方法的中弧线生成方程;在此基础上得到的Euler方程的伴随方法及其边界条件,中弧线生成方程的伴随方程及其边界条件;进一步地,本文开发了相应的设计体系;最后本文以亚琛1-1/2涡轮级为算例验证了本方法的有效性。     

改进的Baldwin-Lomax湍流模型及其在叶轮机械中的应用

对于Baldwin和Lomax代数湍流模型的两个主要缺点,即不同流动情况下长度尺度的不确定性以及尾迹区处理的模糊性,本文进行了针对性的改进.在固壁区域,采用基于函数值的加权平均方法计算长度尺度;在尾迹区,基于熵包线的概念来确定尾迹中心线和确定搜索范围.同时还提出了若干增强模型稳定性的措施.将所改进模型用于复杂的叶轮机械内流问题,分别以二维和三维压气机转子为算例,进行了改进模型的验证以及与基准模型进行了比较.结果发现,改进的模型能够正确地模拟物理现象,具有更高的精度,同时也提升了求解器的收敛性.     

超临界二氧化碳向心涡轮设计及变工况性能预测

本文针对以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质的向心涡轮,在常规一维分析方法的基础上,引入相应的损失模型,开发出适用于真实气体工质物性计算的一维气动设计程序和一维变工况性能预测程序。文中首先利用试验对损失模型的准确性进行了验证,进而针对某S-CO_2向心涡轮,利用所开发程序进行了设计和性能分析,并采用三维CFD方法进行了数值模拟。结果显示,设计方案的气动性能和变工况运行性能良好,并且一维计算结果与三维模拟结果总体吻合,说明一维程序的分析结果精确可靠;但一维预测程序对于堵塞点质量流量计算值偏高,为程序进一步改进指明了方向。