跨音速透平叶栅速度面设计方法的研究

 低能量损失系数跨音速透平叶栅的设计和实现是提高跨音速透平性能的关键问题之一。本文给出了基于有限面积法的跨音速透平叶栅速度面反问题设计方法。首先推导了基本方程的对称形式,用于上游奇点处理,并对速度面上不连续边界条件作了分析和数值验证说明。然后详细叙述了流函数场的有限面积解法包括主方程的积分变换,基本有限面积格式和边角有限面积格式处理以及解精确度的粗略分析。所编制的程序简明快速。计算结果表明解相当稳定并且不需要在音速线附近等处加密网格或作其他处理。算例也指明音速线上临界奇点位置的选取,对流场及叶型型线形状有一定影响,应在设计时注意。     

隐式通量分裂线松驰迭代法求解平面叶栅无粘绕流问题

本文工作是在 Mac Cormack通量分裂格式 [2 ] 基础上发展的一种有限面积通量分裂隐式格式 ,其特点是在求解隐式离散化方程时 ,采用往返扫描一次的 Gauss- Seidel线松驰迭代方法 ,避免了对时间步长的任何限制。为提高定常解精度 ,格式的显式右端项采用二阶精度的离散。在数值求解跨音速涡轮平面叶栅问题中 ,对壁面边界作了较仔细的隐式处理。数值计算表明本方法保持了 Mac Cormack格式具有的高收敛速率 ,(约 30个时间步即可达到定常解 )而每一时间步计算量约减少一半。数值结果与实验结果符合得很好。     

用多层网格法解二维无粘跨音叶栅流动

本文给出一种较有效的多层网格构成形式,并提出“预测—修正”壁面边界处理法。通过采用当地时间步和引入余差光滑处理法,进一步提高了格式的收敛性和稳定性。作为算例,本文对二维无粘跨音速叶栅流动求解,计算结果与试验数据对比表明,本算法收敛快和计算精度好。     

数值模拟二维跨音速叶栅可压粘性流动

用有限体积法数值模拟了任意回转流面跨音速压气机叶栅中的粘性流动，四步龙格－库塔法用于N－S方程的时间推进。给出了一种抑制叶栅计算中“数值失速”的方法，并采用隐式残差光顺技术加速收敛。用所发展的方法计算了三种叶栅在宽广来流Ma数条件下的流动，计算结果与实验结果吻合良好，流场激波具有较高的分辨率。     

一种新的适用于叶栅绕流计算的网格生成法及其应用

本文对平面叶栅气动计算网格生成方法作了简要评述。在此基础上,根据叶栅槽道流动的特点,提出一种以等比级数为基础,用几何方法构作H网格的数值方法。用这种网格进行流场计算的结果表明,所生成的网格在叶片前后缘区有很高的分辨能力,能够算出速度分布的细微结构。本文的计算结果与亚音速及跨音速叶栅速度图解符合得很好。     

跳点有限体积法及其在跨音速流场计算中的应用

[1]和[2]曾用几种差分格式求解一维N-S方程和欧拉方程,计算表明,Hopscotch格式(跳点格式)计算速度最快。为探讨这种格式在多维流场特别是跨音速流场计算中应用的效果,本文将此差分格式应用于有限体上,成为跳点有限体法,并用该方法求解二维欧拉方程组。对若干个喷管和叶栅所做的计算得到了满意的结果,计算时间较目前常用的差分格式少得多。     

一种边界非协调数值方法

研究了一种边界非协调的数值方法。该方法的提出是为了能够方便的求解复杂的运动边界绕流问题。空间上采用Galerkin有限体积空间离散格式。数值离散中,网格点分为内部计算点、IB点和外点三种类型。其中临近物面的IB点在嵌入物面边界条件时起到了作用,其流动变量值则是通过流场内解的线性插值获得。时间推进上采用结合人工压缩项的双时间步推进格式。静止和振荡圆柱不可压绕流的数值实验初步验证了本文方法的可靠性和准确性。     

跨音速压气机在非设计工况下动静叶相互作用的数值模拟

本文计算了某跨音速压气机的一级在非设计工况下动静叶干扰产生的非定常流动。计算以准三维的Navier-Stokes方程为模型,湍流模式采用Baldwin-Lomax代数模式。主控方程用高分辨率的MUSCL型Roe格式离散,离散方程用高效的LU-SSOR方法求解。本文提出了一种完全守恒的动、静叶交界面处理方法。周期性边界处理采用Rai的方案。根据计算结果,讨论了非设计工况下动静叶干扰的机理。      

跨音速压气机非设计工况下动静叶相互作用的数值模拟

本文计算了某跨音速压气机的一级在非设计工况下动静叶干扰产生的非定常流动.计算以准三维的Navier-Stokes方程为模型,湍流模式采用Baldwin-Lomax代数模式.主控方程用高分辨率的MUSCL型Roe格式离散,离散方程用高效的LU-SSOR方法求解.本文提出了一种完全守恒的动、静叶交界面处理方法.周期性边界处理采用Rai的方案.根据计算结果,讨论了非设计工况下动静叶干扰的机理.     

振荡叶栅三维非定常流动数值分析

以全三维、非线性、非定常欧拉方程计算作用于振荡叶栅的非定常气动载荷。欧拉方程的数值离散采用了具有时、空二阶精度的MacCormack显式分裂的两步格式,用时间推进方法得到其数值解。应用动网格技术捕获叶片的运动,保证叶片振动过程中网格边界与叶片表面保持一致。以相移周期条件处理具有不同相位的叶片振动问题,同时发展了伪边界形状修正方法以简化周期边界条件处理。     

一种跨音速叶栅流场分析系统

本文建立了一种工程实用的跨音速叶栅流场分析系统,可进行跨音速叶栅无粘绕流和无粘流-边界层迭代计算。叶栅无粘绕流的计算以Denton拟流向“相对差分”方法为基础,y向采用松驰线性插值算法,所形成的解法能保证以较少的网点获得较准确的结果。边界层的计算采用积分方法,并考虑了紊流边界层的分离问题,文中还介绍了无粘流-边界层的耦合方式。应用本文方法对国内外多种压气机和涡轮叶栅进行了计算分析,所得结果与实验的吻合程度较好,因此,所提出的叶栅流场分析系统,可望为工程设计上实用的计算手段。     

阵风与叶栅干涉噪声的数值模拟

采用计算气动声学方法求解二维线化欧拉方程对阵风与叶栅的干涉噪声进行了数值模拟。为减少频散和耗散误差,采用七点四阶频散相关保持有限差分格式进行空间离散;时间推进采用优化的4/6低频散低耗散龙格库塔法;在各边界处均选择或建立了适当的边界条件。首先通过模拟阵风在自由空间中的传播验证了无反射边界条件的可靠性;然后对阵风与平板叶栅的干涉问题进行了模拟,数值结果与精确解符合得很好;最后给出了阵风与NACA-0012翼型叶栅干涉的数值模拟结果,显示了数值求解方法的可行性。      

一种求解全位势方程的跨音松弛法

 本文发展了一种适用于求解二维跨音速叶栅流场的松弛方法。采用流线和平行于y-轴的直线族组成的非正交网格系统,在物理平面中求解全位势方程,沿流线构造相关差分格式。数值结果表明,本方法具有收敛速度快、差分格式稳定的优点,松弛150步以后,便可获得基本满意的结果。计算结果和物理分析一致,和试验数据相近。     

二元全速势跨音速方程的数值解

本报告提供了二元全速势跨音速方程的一种数值解法。本方法的特点是放弃了繁杂的曲线座标系,而在简洁直观的直角座标系中,利用Jameson的旋转差分格式,并在物面边界上采用速势内嵌场,建立全流场的差分方程。二元翼型的样例计算表明本方法和其他全速势方程的数值解法具有同等的精度。对物面外形作一次附面层位移厚度修正后的算例表明计算结果和试验结果符合较好。 本方法比起采用曲线座标系的方法,更易推广到三元流。     

单级跨音速压气机三维非定常粘性流动计算

本文以数值求解雷诺平均非定常N-S方程方法完成了单级跨音速压气机动静叶相干三维非定常粘性流动计算,给出了高分辨率NND格式的时间推进有限差分解。对某跨音速单级压气机进行了定常和非定常流的详细数值计算,设计转速下定常粘性流场计算所得到的性能参数与实验结果吻合较好。在此基础上,对最高效率状态进行了动/静叶相互干扰的非定常流动计算,并对结果进行了分析。      

跨音速涡轮叶栅三种试验方法的比较

本文简单介绍了三套典型的跨音速涡轮叶栅的设计。比较了叶栅几何相似条件下进行的扇形环形叶栅、平面吹风、气水比拟三种试验方法所获得的结果,同时还与“时间推进有限面积法”的数值计算作了对比。对这三种试验手段的优缺点和可靠程度进行了初步评价。      

LU-AUSMPW混合格式在可压缩无粘和粘性流动数值分析中的应用

本文首先将 AUSMPW格式与三阶 MUSCL格式融合, 给出了其在任意曲线坐标下的三维形式, 并将其与 LU-SGS格式结合, 应用于可压缩 Euler和 Navier-Stokes方程的求解。其次, 构造了一种新的通量限制器。最后, 为了验证 LU -AUSMPW混合格式的性能, 将平面叶栅跨音速无粘流动以及喷管超音速粘性流动作为算例。本文计算结果与文献计算结果和实验数据相符很好, 表明采用 LU-AUSMPW混合格式数值模拟可压缩流场, 具有较高的计算精度、较快的收敛速度和良好的稳定性。      

压气机跨音速叶栅叶型的数值模拟

以抑制叶型吸力面激波强度、附面层分离,降低叶型损失为目标,对某型压气机跨音速叶栅叶型进行气动优化.运用数值模拟的方法对比研究优化后的叶栅同原型叶栅在相同工况下的气动性能,概述了气动性能产生变化的机理.与优化前对比发现,优化后的叶型具有低损失,工作范围大的特点.     

叶片弯曲对压气机叶栅气动性能影响的数值模拟

为了研究压气机中采用弯曲叶片对叶栅流场气动性能的影响，本文应用Beam-Warming近拟隐式因子分解格式以及MML代数湍流模型，采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩N－S方程组，对弯曲叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟。结果表明，在给定的条件下，三种叶栅内涡系结构具有某种相拟似性。反弯叶栅吸力面／端壁角区分离严重，中部流动较为理想；正弯叶栅基本消除了吸力面／端壁角区分离，但中部分离较明显；这些又导致三种叶栅流道中涡的大小和强弱存在明显的不同。计算结果与实验结果比较，两者吻合较好。     

一种混合型四阶格式、基于特征的边界条件及其应用

本文描述并应用差分格式的构造原则,采用了时空转换的格式构造方法构造了一个四阶精度的差分格式,文中还进一步提出将四阶格式和二阶ＮＮＤ格式混合的方法,即在光滑区格式保持四阶精度、在激波附近降为二阶ＮＮＤ格式,来增强格式捕捉激波的能力。同时,本文基于特征传播的思想,建立了一种开边界的数值计算方法,并采用将边界条件嵌入控制方程的方法以及新的简化形式的边界处理方法,完整给出了无粘、粘性物面和开边界的的边界计