具有瞬变失速流态的亚音速扩压器性能预测方法

本文介绍了文献[4]所提出的一种具有瞬变失速流态的二元亚音速扩压器性能预测方法,介绍了一个新的摩擦系数关系式和一个新的渗混率公式,可用于扩压器内具有较大失速区的计算.本方法同时也适用于无失速及完全失速流态的计算,因此大大扩充了文献[3]的应用范围.计算结果与本文作者所做的实验数据相比较后得出:对大展弦比的二元扩压器,C_p值计算误差在2θ≤20°时约为1%,当2θ>20°时,其C_p计算值误差将随2θ的增加而增大.而对小展弦比二元扩压器由于两底壁附面层的影响,C_p计算值约高于实验值4%.本文对文献[4]所提出的方法作出评估.     

H型叶栅通道流计算网格的改进

提出一种壁面正交、尾迹区网格节点分布逐渐均匀化叶栅通道网格生成方法。为了研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响，推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系。采用N-S方程分别对平板紊流附面层流和叶栅通道流进行计算分析。结果表明：壁面处网格正交性对附面层内流动计算预测精度影响较大，而对势流区流动影响很小；尾迹区切向网格节点逐渐均匀化分布能更准确计算尾迹区流动。     

测量与预测二维不可压湍流附面层分离

采用激光多普勒技术测量了二维扩压器中可压湍流附面层分离流动 ,得到了时均速度和湍流量 ;表面摩擦系数沿程分布及时均速度分布与经验关系式做了比较。预测中应用准同时粘性 /无粘流匹配模型 ,并比较了两种形状因子 H1=H1( H)的经验关系所得的预测结果。在最大反流以前 ,所预测的附面层特征与实验吻合。     

亚音速扩压器内湍流边界层特性的试验研究

本文介绍了小展弦比二元直壁亚音速扩压器内的湍流边界层特性.精确地测量了扩压器沿程几个截面上的平均速度分布、壁面摩擦系数C_f分布以及由此而得出的边界层积分参数.并指出C_f要比Ludwelg-Ti-Ilmann经验公式所计算的结果稍低,所以要对C_f稍作修正.文章还分析了逆压力梯度对湍流边界层内外区的壁面律与尾迹律的影响,并得出无因次压力梯度参数与尾流强度参数之间的关系曲线.     

中介机匣附面层数值计算与试验分析

对位于低压风扇出口和高压压气机进口间的中介机匣壁面附面层的分布作了数值计算和试验研究。采用反积分和差分方法分别求解有分离的紊流附面层和层流附面层方程，对层流分离到紊流再附着，层流到紊流的转捩及紊流分离进行了判别，并测量了不同进口马赫数条件下的中介机匣壁面的静压和附面层厚度的分布，对比情况说明，计算结果和试验数据基本吻合。     

波瓣喷管双层壁扩压器流场的数值分析

采用三维贴体曲线坐标网格，波瓣边界网格加密且正交，在整个计算区域进行全场计算。文中采用了Chen-Kim修正的k-ε湍流模型及同位网格SIMPLC计算方法，对带有双层壁扩压器的波瓣喷管流动进行了冷热态数值计算和分析。对波瓣及双层壁，采用大粘性的方法解决流固耦合，计算结果表明：在双层壁间有外界冷气流被引射进入，形成了壁面的冷却气流，相对单层壁扩压器，双层壁扩压器的壁面温度明显降低；自波瓣出口截面沿流向产生的环流速度场，强化了主次流的掺混，速度分布渐趋均匀。通过试验测试，计算结果与实验数据符合良好，二者在离开波瓣420mm的混合管内相对主流速度的最大误差为15．35％。     

环形扩压器造型计算方法

以往的计算方法常不计沿程压力损失对造型的影响,且认为流面与发动机中心线垂直。计算表明当扩压器进出口中心流线差较大时,计算误差较大。本文则考虑了沿程压力损失,且认为流面与扩压器中心流线垂直,给出了一种新的扩压器造型计算方法。     

尖前缘平板的高超声速粘性干扰效应引起的压力分布规律研究

采用CFD方法计算了多种来流条件下高超声速平板绕流的粘性干扰现象,计算与实验结果吻合良好。针对理论分析在平板前缘失1效的情况,结合理论分析、CFD结果和试验结果对原有沿流向壁面压力分布关系式进行了修正,使得修正后关系式在整个平板上与相关数据吻合,显著增加了压力分布关系式的应用范围。同时根据CFD计算结果,分析了平板附面层内压力等流动参数的分布规律,发现附面层内法向压力分布存在峰值,壁面压力分布大于来流静压,并给出了峰值压力及其位置的拟合式。     

附面层分离流的逆算法

所谓附面层的逆算法是指给定位移厚度δ~*或壁面剪切应力τ_w,而把外流速度分布u_e或压强分布p做为未知函数通过附面层方程的求解反算出来。这样就使得附面层差分计算顺利地通过分离点而不出现任何奇性,从而开辟了一条求解分离流动的非常有意义的途径。与直接求解N-S方程相比,它的计算量与贮存量要小得多。对实际应用来说,它是求解附面层分离气泡的好的近似方法。     

火箭发动机推力室附面层的研究

文本采用由壁面的切线和法线构成的正交曲线坐标推导出了纵向大曲率壁面的附面层方程.它适于轴对称和平面的,内和外流的可压缩湍流和层流附面层.作者从附面层方程出发,发展了内区涡动粘性系数和内区涡动热传导系数的表达式.此表达式本身已考虑了曲率的影响,不需要对它另作曲率修正.本方法针对火箭发动机模型,取不同的喷管收敛段曲率半径进行计算.此无因次曲率半径等于1.7时的喉部区峰值热流要比无因次曲率半径等于10时峰值热流高13%.此外在同样的壁型面和同样的压力分布下,考虑曲率和不考虑曲率的计算结果差别明显,喉部热流差别达9.8%.     

改善二元亚音扩压器性能的试验研究

本文按文献[1]提出的“失速裕度”设计法计算了二元亚音扩压器的几何尺寸和性能,其结果与作者所做的试验数据相差甚大.该扩压器是具有很大初始扩压角的突扩扩压器,在初始扩压段即出现严重的气流分离.此方法不适用的原因在于所用的附面层动量积分方程没有考虑壁面曲率项的影响.作者还对双扩压角直壁扩压器的性能进行试验研究,结果表明具有较大扩压角且短的初始扩压段的直壁扩压器性能优于相同面积比和长度的单扩压角直壁扩压器.此外,试验表明在分离点前安装适当型式和结构参数的叶片式涡流发生器能够控制扩压器内气流分离,从而使压力恢复系数C_p值提高25～34%.     

尾流型进口速度分布对亚音扩压器性能的影响

试验用的二元亚音速扩压器的dMa/dx=常数,进口展弦比为1.33,在进口截面前180mm的等直段中心线处,横放一根垂直于流动方向并平行于扩压壁的杆(有四种截面),造成尾流型的不均匀进口速度分布,增加了核心流的紊流度,以便研究某对扩压器内流动和性能的影响。所用的试验设备和模型与文献[1]相同。此外,还用美国TSI风速仪接单热丝探头测进口截面速度紊流度分布和用小型高频响动态压力传感器(XCQ-080-25)测量进口和出口截面总压紊流度分布。      

涡流发生器控制亚音速扩压器中分离流

 本文对涡流发生器在二元亚音扩压器分离流控制中的应用作了进一步的试验研究。通过精心地选择涡流发生器的结构参数,排列型式和安装位置、有效地控制了处于大瞬变失速流动状态的二元亚音扩压器内的流动分离,从而大大改善了扩压器的稳、动态性能。     

大扩张角扩压器的附面层吹除技术的研究

本文介绍以附面层吹除技术控制大扩张角扩压器气流分离的试验研究.研究中确定了抑制扩压器分离所需的最小吹除气流流量,并详细测定了流场变化和扩压性能参数.研究结果表明:对于扩张半角为15°的直壁扩压器,采用附面层吹除措施时,当吹气量为总气量的4%条件下,可明显地改善扩压性能,并消除了扩压流动中的分离.静压恢复系数较未采用吹除的原型扩压器提高7%,总压恢复约增加2%、而出口畸变指数改善8%.     

涡流发生器在二元亚音扩压器角落流动控制中的应用

本文介绍了在最佳扩压规律的二元单边凹壁亚音扩压壁面上气流接近于分离,而角落区域气流有倒流的情况下,采用适当结构参数的叶片式涡流发生器消除角落区域气流分离和改善扩压壁面流动以达到提高扩压器压力恢复系数,减小出口截面流场畸变和动态总压脉动的试验研究结果.文章分析了叶片式涡流发生器主要结构参数对扩压器性能的影响.     

TBCC进气道涡轮通道扩张段设计及涡轮模态特性

采用拓展中心线、不同的流通截面面积变化规律和倒圆半径变化规律对内并联型TBCC（turbine based combined cycle engine）进气道涡轮通道扩张段进行了设计.通过数值模拟的手段,对涡轮通道扩张段设计参数的影响规律和涡轮模态下涡轮通道扩张段的气动特性进行了研究,并利用高速风洞试验结果对数值模拟方法进行了验证.研究结果表明:中心线控制点纵坐标在1.50~2.25、涡轮通道扩张段出口等直段长度与出口直径比值在0.3~0.7的范围内取值时,涡轮通道扩张段可获得较高的出口总压恢复系数和较小的出口总压畸变指数;采用前急后缓的流通截面面积和倒圆半径变化规律能使涡轮通道扩张段获得较小的出口总压畸变指数;随着飞行马赫数的增加,进气道和涡轮通道扩张段的流量系数先不断减小,在飞行马赫数为0.9附近达到最小,之后又逐渐增加,涡轮通道扩张段出口总压恢复系数不断升高,在飞行马赫数为0.7附近达到最大,之后又逐渐降低;涡轮模态下,涡轮通道扩张段出口总压畸变指数均小于0.5,能很好地满足涡轮发动机对进口流场的要求.      

燃烧室突扩扩压器外壳形式对扩压器性能影响的试验研究

通过自行设计的带有前置扩压器及盲孔火焰筒的二元对称直壁短突扩扩压器模型试验件,和八种扩压器外壳结构,着重探讨了扩压器外壳形式的改变对扩压器总性能的影响规律。通过大量的试验,得出一些重要结论,这些结论对实用型突扩扩压器的最佳设计将具有一定的指导意义。试验中测定了火焰筒头部区域的压力分布及前置扩压器中的沿程压力分布,为短突扩扩压器流场数值计算提供了必要的验证数据。     

不同进气状态对矩形大S弯扩压器流动特性的影响

通过亚音扩压器内壁面流谱图、有关截面的总压恢复分布图、速度矢量图以及各壁面沿程静压恢复系数分布分析对比了四种进气状态下矩形大Ｓ弯扩压器流动特性。试验表明不同进气状态对矩形大Ｓ弯扩压器性能有很大影响，其中均匀核心流进气条件下的流动代表了大Ｓ弯扩压器流动的一般特征，其出口平均总压恢复系数最高，周向总压畸变指数不大，旋流很弱。研究腹部或两侧进气道地面起飞进气状态下矩形大Ｓ弯扩压器的流动特性更具有实际意义。试验表明其出口平均总压恢复系数较低，周向总压畸变指数较大，旋流较强且很不规则。     

极限条件下的大角度扩散段优化设计数值模拟

为提升某低速风洞大角度扩散段静压恢复性能,降低总压损失至分流隔板的水平,采用计算流体动力学(CFD)方法对该扩散段不同设计方案进行了模拟.采用阻尼网能有效抑制分离,阻尼网布置位置和开孔率对大角度扩散段内的流动状态和总压损失有很大影响.使用直线壁面扩散时,由于扩散角过大,第1层阻尼网对抑制大角度扩散段入口分离效果很弱,总压损失无法达到预期设定指标.采用三次曲线壁面扩散时,总压损失明显降低,小于预期指标,但存在小范围的分离.分级扩散能有效降低总压损失,按照最大静压恢复设计的分级扩散段,避免了入口的气流分离,能大幅度降低总压损失.对分级扩散的进一步研究表明,按照最大静压恢复设计的第1级扩散段扩散角已达到上限,为抑制第3级扩散段的分离,缩短第2级扩散段,减小第3级扩散段扩散角的方法是合理的.通过对不同方案流态的比较得出了最佳的参数匹配,总压损失指标达到了设计要求.因此采用数值模拟能够获得最佳的大角度扩散段设计结果.      

支撑板型线和径向倾斜设计对燃气轮机排气扩压器气动性能的影响

支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。本文在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和 湍流模型的方法对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究,探究在四种进气预旋下,支撑板截面型线以及本文提出的支撑板径向倾斜设计方案对排气扩压器气动性能的影响。结果表明：进气预旋和支撑板设计方式相同时,截面型线更薄的支撑板更易导致流体在支撑板附近的分离及更大范围的尾迹流,从而增大总压损失;支撑板截面形状相同时,与径向垂直设计相比,支撑板采用径向倾斜设计使得排气扩压器通道面积变化更加平缓,从而使得在四种进气预旋下,排气扩压器的总压损失系数下降7%-20%。当支撑板截面型线宽长比为0.2时,相对于径向垂直设计,支撑板采用径向倾斜设计方式的排气扩压器静压恢复系数在进气预旋 和 时分别提升了4.7%和3.8%;但在支撑板截面型线宽长比为0.12和0.175时,支撑板采用径向倾斜设计方式会降低排气扩压器在进气预旋 和 时的静压恢复性能。