超音轴向分速风扇/压气机叶栅流动特征分析

本文介绍了三种带冲波的超音轴向分速叶型设计,及其叶栅流场计算,分析了这些叶栅流场特征。在计算的反压条件下,全部波系均控制在槽道内,叶栅槽道内存在不同大小的轴向分速超音区,这种叶型叶栅可承受的增压比高,总压恢复系数较低,这类叶栅的性能和流动特征尚缺少实验数据和理论分析。     

求解跨音位流问题的改进SIP方法

本文研究Sankar提出的,用全位势方程求解跨音流场的强隐式方法(Strongly Implicit Procedure)。针对强隐式方法在求解跨音流场中的问题作改进,即采用了新的人工压缩密度计算方法,计算绕孤立机翼、叶栅通道的跨音流场,降低了在跨音位流计算中激波前后的数值振荡,并提高了算法的稳定性,     

跨音叶栅流场的相仿律

跨音叶栅绕流参数繁多,为了便于系统研究参数影响,也为了扩展某个气动性能良好的叶栅的使用范围,研究不同流场之间的相仿可能是有益的。多年前VonKarman曾给出了二维孤立翼型的跨音相仿律。然而,由于远前后方边界条件的不对称性,以及叶轮机械流场的周期性 所以叶栅的相仿律和孤立翼型的尚应有所不同。本文指出,为了维持两个叶栅流场的相仿,五个对应跨音相仿参数应分别相等。文中举例表明,相仿性有助于由一个巳知给定叶栅流场迅速得到很多在不同条件下运转的相仿跨音叶栅流场。     

跨音压气机叶栅流场的附面层修正

本文发展了二维压气机叶栅亚音、跨音流中粘性——无粘相互作用程序。无粘计算在弦向大扰动、弦法向小扰动的假设条件下用跨音松弛法求解;粘性附面层用Nash方法计算。考虑了叶栅尾迹的影响。最后,连同通道区和尾迹区一起,求得了包括冲波影响的叶栅的总损失系数。计算结果表明,在跨音情况下,粘性对冲波强度、位置以及全流场的速度分布都有不可忽视的影响。     

透平静叶型叶片反弯曲作用的实验研究

在平面透平叶栅风洞中,测量了一种典型透平静叶型直叶片叶栅和叶片弯曲角分别为-10°、-20°的反弯曲叶片叶栅的出口流场和叶片表面静压.定量地分析了叶片反弯曲对叶栅出口二次流、总压损失和气流角的影响,并探讨了叶片反弯曲作用的机理.结果表明:叶片反弯曲在叶片表面特别是吸力面建立了反"C"形压力分布,它是引起叶栅性能和流场变化的主要原因,但叶片反弯曲不能改善叶栅的气动性能.      

压气机间隙流与处理机匣作用的三维数值分析

利用Numeca CFD对某一压气机静子叶栅的间隙流动进行流场计算,并将其与具有圆弧斜槽处理结构的间隙及流场计算结果进行对比、分析.详细揭示了叶栅顶部间隙区及处理槽内的流动特征.结果表明,通过采用机匣处理,改变了压气机气流流路,形成叶尖漏流的通道,减少漏流下洗对叶片通道造成的阻塞.叶尖附近主流在叶盆尾缘气流高压作用下进入斜槽,而后气流在叶背前缘以高速由斜槽射入主流,该高速射流有效地扫除叶尖易失速的附面层,从而延迟气流分离,扩大压气机的失速裕度并减少二次流损失.这种籍助于动量交换而形成高速射流对主流的作用可能是机匣开槽结构改善失速裕度的主要原因.      

轴向斜槽式轮毂处理的三维流场分析

首次采用网格分区的方法,对带有轴向斜槽式轮毂处理的压气机叶栅通道流场进行了数值模拟,分析了轴向斜槽式轮毂处理的扩稳机理以及它对压气机性能的影响的原因所在,进一步探讨轴向斜槽的几何参数的变化对其扩稳效果的影响.在计算中采用了非交错网格的SIMPLE算法,求解时均N-S方程,紊流模型采用基于RNG(重整化群)方法的K-ε紊流模型.      

涡轮流量计转子内完全三元流场的变域变分有限元解

以变分原理作为理论基础,结合有限元方法,提出了涡轮流量计转子内部完全三元流场的速度分布。根据所求流场,应用边界层理论,给出了叶片和轮毂表面的阻力矩,计算了转子所受的各个力矩,最后得出了理论特性曲线,它与实验结果吻合良好。所建立的方法改善了传统的用平面叶栅势流理论来处理转子内部流场所存在的缺陷。     

透平机械叶栅通道中沿叶面流速分布规律的近似解法

企图应用通道理论,来寻求当理想位流绕过叶栅叶型时,确定沿叶面流速或静压分布的,在工程上可实际应用的近似计算法,从而帮助我们节省繁复的叶栅吹风实验,而能直接地且足够准确地检验出所设计叶栅叶型气动性能的好坏,有利于我们最后设计出气动性能非常完善的叶栅叶型。 本文所介绍的近似公式,通过对一些叶栅叶型的计算(仅在不可压情况),并将其结果与保角转换法计算结果及实验结果分别做了比较。     

亚音压气机平面叶栅内流动的声激励试验研究

针对非定常两代流型理论的验证展开了大量的试验研究工作.为了简化同时又能抓住问题的本质,试验研究首先从平面叶栅风洞上起步.在测得各个工况下叶栅后旋涡脱落特征频率的基础上,采用声激励的试验手段,系统研究了非定常扰动之间的相互作用.通过加激励前后总压损失的对比、流场特征参数频谱图的对比和具体气动参数的对比,证实了合理组织各个非定常扰动的相互作用可以提升叶栅的气动性能,说明了"非定常耦合流型"在叶轮机中存在的可能性.     

热膜测量超音掺混流氦浓度的研究

在时燃烧喷氦的冷流试验中，利用吸气式热膜浓度感头，直接测量局部混气的热膜电压，由此根据静交准可获得超音速流通掺混层氦气深度这种局部混气深度测量方法不需要取样及气体分析，实验表明，这种吸气式热膜深度感头测量的相关参数具有良好的精度。     

轴对称跨音速流中无激波超音速区的设计

本文直接从音速线出发计算了一个旋成体跨音速绕流超音速泡中的特征线网。提出了从音速线开拓到一条超音速线的方法,计算了无旋轴对称流的特征线网,发现其特点是不能跨越对称轴线,并对其原因作了初步的讨论。本文的计算结果可应用于物面修形。     

超音速喷流DPIV瞬时速度场实验测量

介绍了采用数字式互相关粒子图像测速系统(DPIV)在测量超音速喷流实验中的应用;实验给出了设计马赫数Ma=1.5的小型拉瓦尔喷管在不同总压和反压比条件下,喷流速度场、流线、涡量分布等定量信息.实验结果显示出流场中激波前后流体速度,涡量分布的明显变化,波系的结构和不同于一维管流的流动特性.     

球头锥-柱再入飞行器的动力环境预示

考察了超声速和高超声速流场中一类球头锥-柱再入飞行器表面稳定压力和脉动压力的分布特性,利用CFX(Computation Fluid Explorer)软件建立球头锥-柱的外流场域网格,对其进行定常、非定常流场分析,给出一套预测表面稳定压力和脉动压力环境的工程新方法.将该方法与理论和经验估算方法进行了对比分析,验证了该方法的可行性和适用性.同时利用该方法研究了马赫数、来流攻角等因素对再入飞行器表面脉动压力环境的影响.利用ANSYS大型软件建立了再入飞行器导弹头部的动力学分析模型,根据确定的再入飞行器表面脉动压力环境和随机振动分析理论,采用有限元谱分析方法计算得到该飞行器弹头部件的随机振动响应加速度的均方根值和功率谱密度曲线,计算结果满足工程应用的要求.      

基于熵限制的Baldwin-Lomax湍流模型

针对Baldwin-Lomax(BL)模型在模拟超声速复杂流动中的不足,提出一种基于熵限制的新型修正方式.分别采用原始的BL模型(BL-origin)、修正后的BL模型(BL-entropy)以及Wilcox k-ω两方程模型对超声速平板、超声速二维压缩拐角以及膨胀-压缩拐角3个典型算例进行计算,结果表明BL-entropy 能够较好地获取长度尺度进而得到均匀合理的涡粘性分布.同时,该修正方式简单高效并且适用于其他与超声速边界层有关的模型,具有较大的发展潜力.     

超音速轴对称有旋流特征线法的计算程序

编写了一个ＦＯＲＴＲＡＮ７７程序，计算了Ｍａ０为２．０￣５．０的超速轴对称有旋流Ｃａｕｃｈｙ问题的一些特征线网，但推进方向是从初值线在物面，这样，可以对物形进行反设计，在设计科波机时，可以选用这种流场中的流面作为其升力面的组成部分。     

跨音速机翼设计方法的改进

以Takanashi提出的"正反迭代、余量修正"的原理为基础,针对其当机翼上表面存在较强的超音速流动时,解的收敛性不好的问题,对Takanashi方法进行改进.具体方法就是在控制方程的双曲部分引入基于迎风格式的附加项.通过对某干线飞机机翼的设计,证明了改进后的方法是成功的,设计结果在超音区有很好的收敛性.      

超声速进气道可压及不可压流动数值模拟

采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmetric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstream Splitting Method)格式、中心差分2种空间离散格式,求解该预处理NS方程组.通过圆弧凸包流动和二维方腔顶盖驱动流动的数值试验表明,该方法克服了传统时间迭代方法模拟低速流动时的刚性问题,加速了收敛过程,可以同时有效地模拟可压及不可压流动.用此方法与块结构化网格技术相结合,进行了在不同飞行马赫数、攻角和出口反压条件下,混压式轴对称超声速进气道三维流场数值模拟.计算结果表明:该方法能准确地捕获复杂激波系,清楚地揭示进气道三维流动现象;进气道性能随工作条件的变化规律,与理论分析一致.      

DDES延迟函数在超声速底部流动中的性能分析

DDES是广泛应用的一类RANS/LES混合方法,其通过引入延迟函数保证近壁区的RANS模化,对分离流动十分有效。目前DDES已发展了多种不同的延迟函数,但对各延迟函数的性能特点认识尚不够充分,尤其缺乏超声速流动中的相关研究。围绕DDES方法中不同延迟函数开展研究工作,选取超声速底部流动作为测试算例,通过与实验数据的系统对比分析,考察不同延迟函数在超声速分离流动中的分布规律、作用效果及模型求解能力。研究表明,不同延迟函数作用范围与求解能力存在差异,其中DDES-F1能够在起到保护作用的同时不损害模型的求解精度,对该流动较为有效,所得结果与实验数据吻合较好。