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。     

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。     

RANS方程和附面层方程耦合求解转捩位置的方法

研究了基于线性稳定性分析的RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）方程和附面层方程耦合求解转捩位置的方法。RANS方程计算得附面层外边界的速度分布作为附面层方程计算的输入,求解附面层方程得到稳定性分析需要的附面层参数。由于附面层的解在分离点处的奇异性,用交互式附面层方程求解方法。用基于线性稳定性分析的e^N方法计算转捩位置,并考虑了Tollmien-Schliching波和层流附面层分离造成的转捩。迭代求解RANS方程和附面层方程,直到转捩位置收敛。RANS求解中使用转捩过渡区模型,避免了点转捩模型引入的数值扰动。通过对NA-CA0012翼型的计算并和实验结果及Xfoil计算的结果进行比较,吻合较好,有较好的工程实用价值。     

亚音速扩压器附面层计算

本方法是一个比较实用的工程近似方法。其基本思想是考虑了管内附面层和核心流之间存在着强干扰,必须将附面层方程和无粘核心流方程联立求解。否则,两层之间的流动可能出现计算上的不协调,导致发散或物理解不合理。 将小曲率下的定常可压紊流普朗特附面层方程,通过沿附面层厚度方向的积分运算,得到动量积分方程和速度矩积分方程。为了利用不可压附面层的结果和参考焓概念,引用Mager变换,将此两积分方程变换成以转换物面坐标为自变量的不可压形     

短喷管型面设计

用特征线法计算出超音速短喷管的型并做了附面层位移厚度修正，对该型面的喷管流场求解了ＮＳ方程，证明流场指标符合要求，流场校测结果得到一致结论。     

位移厚度测量计算的影响因素和流量管流量系数测定

空气流量是航空发动机台架试验中重要的测量参数。附面层测量和位移厚度的确定直接影响流量系数的精确度,即直接影响实际流量的精确度。文中对影响位移厚度测量计算的主要因素作了分析,说明按惯用的位移厚度计算公式:δ~*=1/8δ计算位移厚度的局限性和存在不确定误差。采用以计算具有物理意义的附面层厚度为出发点、建立在半经验理论基础上的迭代积分法,可以提高位移厚度的计算精度。 流量管附面层测定结果表明,位移厚度δ~*和流量系数μ是流量(或M数)的函数。     

亚音速扩压器性能计算

 一、组合法 用Bower的方法计算具有附着和分离紊流附面层的轴对称和二元亚音速扩压器的有关性能参数时,如分离区较大,则与试验数据相比误差较大。而按联合积分法（UIM法）计算具有分离区的扩压器的有关性能参数,则有较大的优点。其基本点和Bower的方法相同,即将附面层方程和无粘核心流方程联立求解。但对分离区的处理比Bower的方法较为合理,它直接采用修正的Coles壁面-尾流定律的速度分布关系式,将附面层动量积分方程中的壁面摩擦系数与速度分布关系式中的摩擦速度联系起来，而不采用对分离区不适用的壁面摩擦系数经验公式，并考虑了附面层外部区域的非平衡流情况。但该方法没有考虑气流压缩性，计算高亚音速扩压器时误差较大。     

绕翼型低雷诺数流动的数值分析研究

分离泡的产生是绕翼型低雷诺数流动的一个重要特征,分离泡通常都是非定常的,会对整个流场产生极大的影响,由于分离附面层的不稳定性,很快诱发转捩,并产生湍流再附。文中通过求解雷诺平均N-S方程,数值模拟了绕Eppler387翼型的低雷诺数非定常流动,并对两方程SSTk-ω湍流模型,代数B-L模型和层流的计算结果作了比较。N-S方程和两方程湍流模型的控制方程非耦合求解,时间推进均采用近似因子方法(AF);空间离散无粘项采用ROE格式,粘性项用中心差分方法计算;计算非定常流场时,采用伪时间子迭代(τt-s)方法保证二阶时间精度,湍流模型计算时都是在固定点转捩。最后分析了转捩对低雷诺数流动的影响、分离泡的存在引起的流动不稳定性和周期性的脱出涡,数值计算给出的时间平均升力系数、阻力系数和压力分布与实验结果比较吻合。     

地面效应试验中地板上三元紊流附面层测量

本文通过一个展弦比为3的三角形机翼的地面效应试验,测量了地板上的三元紊流附面层。测量结果表明:在地板上确实存在一个畸变的附面层位移面,它与自然增长的地板附面层截然不同。实验测得的附面层位移厚度、动量厚度以及表面摩阻系数与本文所用的理论计算方法所得结果符合较好。     

地面效应试验中固定地板附面层的影响

本文用涡格法和三元紊流附面层的积分方法计算了地面效应试验中固定地板附面层位移面的形状以及对模型气动特性产生影响的原因。理论计算和实验结果表明,模型的升力系数和俯仰力矩系数随无模型影响的地板附面层位移厚度的变化,两者符合得较好。     

壁面函数在激波诱导分离流动中的应用

以数值模拟激波-附面层干扰引起的流动分离问题为研究背景,发展了基于有限体积方法的雷诺平均Navier—Stokes（RANS）方程的流场数值模拟方法。利用壁面函数模型得到壁面剪切应力,通过修正壁面粘性通量,构造了一种新的湍流边界处理方法,并将其耦合到RANS方程和SSTk-ω湍流模型的数值求解中;同时,针对激波诱导引起的附面层流动分离问题,提出一种附面层网格加密技术,能够自适应加密分离区内附面层网格,使得在流动分离区域也能够使用壁面函数模型。数值算例表明,壁面函数模型能够降低数值模拟结果对网格的依赖性;同时也验证了壁面函数耦合附面层网格自适应方法,在处理激波诱导引起的附面层流动分离问题时的有效性和准确性。     

发动机进口附面层测量试验与数值模拟

以某型涡扇发动机科研试飞为平台,设计搭建发动机附面层测量试验系统,进行了多种飞行工况及涡扇发动机工作状态下的附面层测量试验。通过试验数据分析和研究,评估了各计算参数对涡扇发动机进口附面层厚度的影响。建立三维数值模型,计算了相应工况下的附面层特性,计算数据与试验数据吻合良好。研究结果表明:随着发动机状态的增大,进气道出口的附面层物理厚度增大、附面层位移厚度减小,附面层对空气流通能力的影响降低。     

三维不可压缩层流附面层计算

本文构造了五阶精度的Hermite差分格式,并用此格式求解直角坐标系内的三维不可压缩层流附面层方程。计算结果表明,高阶精度的差分解法是三维附面层问题的有效而可取的求解方法。     

"X"布局高超声速倒置进气道激波与附面层干扰抑制研究

采用标准k-ωSST湍流模型数值计算方法,针对二元高超声速倒置进气道激波与附面层严重的干扰现象,采用分流楔抑制激波与附面层干扰方法,对有无分流楔的进气道性能及流动机理特征进行了详细的研究。结果表明:采用分流楔的流动控制方法,有效抑制了激波/附面层产生的分离包对进气道内流动的干扰;提高倒置进气道的气动性能,进气道的总压恢复系数和流量捕获系数均有提高,计算模型的壁面总阻力系数得到一定程度的减小。数值计算结果表明,在分流楔尾迹中强剪切流动在一定程度上缓解了激波与附面层干扰的强度;在分流楔后缘存在稳定的横向涡,由于气流进入尾迹驻涡是来自附面层外的总压较高的高能流体,提高了附面层的抗逆压能力;由于尾迹驻涡的存在使得分离涡没有向弹体周向扩散,减小了阻力。该方法实现了对高超声速倒置进气道激波/附面层干扰的抑制,揭示了其抑制的机理。     

"X"布局高超声速倒置进气道激波与附面层干扰

采用标准k-ω SST湍流模型数值计算方法,针对二元高超声速倒置进气道激波与附面层严重的干扰现象,采用分流楔抑制激波与附面层干扰方法,对有无分流楔的进气道性能及流动机理特征进行了详细的研究。结果表明:采用分流楔的流动控制方法,有效抑制了激波/附面层产生的分离包对进气道内流动的干扰;提高倒置进气道的气动性能,进气道的总压恢复系数和流量捕获系数均有提高,计算模型的壁面总阻力系数得到一定程度的减小。数值计算结果表明,在分流楔尾迹中强剪切流动在一定程度上缓解了激波与附面层干扰的强度;在分流楔后缘存在稳定的横向涡,由于气流进入尾迹驻涡是来自附面层外的总压较高的高能流体,提高了附面层的抗逆压能力;由于尾迹驻涡的存在使得分离涡没有向弹体周向扩散,减小了阻力。该方法实现了对高超声速倒置进气道激波/附面层干扰的抑制,揭示了其抑制的机理。     

基于响应面法的低速翼型气动优化设计

响应面方法相较于其它直接优化方法有其高效、实用的优势,此前的研究更多地将响应面方法用于超音速和跨音速翼型的减阻优化设计中。本文将此方法应用于低速翼型优化设计中,进行了基于RANS(Reynolds-Aver-aged Navier-Stokes)方程和自由转捩预测耦合求解的低速翼型气动优化设计。通过计算附面层方程得到附面层参数并用en方法计算转捩位置,并考虑了T-S波和层流分离造成的转捩。RANS方程计算中,使用了转捩过渡区模型,以保证附面层外边界压力分布的精度。RANS方程和转捩预测迭代进行至转捩位置收敛。在响应面模型计算中,使用不含二阶交叉项的二阶多项式模型,减少了构造模型所需的计算量;合理的选择设计空间保证了构造的响应面模型具有较高的精度。使用三个设计点的多目标优化设计,保证了设计的合理性。通过对NACA64(1)-112翼型优化计算结果表明,本文的方法可以有效地进行低速翼型的气动优化,各设计点上转捩位置也得到了改善,有较好的工程实用前景。     

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。     

轴向前倾叶片流场的数值分析

对一种新式的风机叶片即轴向前倾叶片流场进行数值计算, 采用时间推进法计算无粘流场, 采用非正交曲线坐标系附面层积分方程求解附面层参数, 得到了一些有意义的结果。      

超音速风洞喷管设计中的边界层修正的新方法

引言 目前还不能直接求解粘性流体的Navier-Stokes方程,对于管内的粘性流动问题还没有成熟的求解方法。所以在设计喷管时,都是首先进行无粘流场的计算,得到位流型面,然后再考虑边界层效应的修正。 文献[3]、[4]、[5]中所见的修正方法,都把边界层对位流的影响看作是对壁面的位置和形状的改变,其改变量就是位移厚度。得到位流型面之后,通过求解动量积分方程,得到位移厚度,然后迭加到位流型面上,求得最终的物理型面。     

平板附面层等离子体流动控制的数值模拟

通过求解电场中的拉普拉斯方程和赫姆霍兹方程的变形形式,成功地将等离子体激励对平板附面层流动的影响,以体积力向量的形式引入到NS方程之中.借助求解的电荷密度,通过将计算结果与实验数据的对比,可确定德拜长度、最大电荷密度、形状因子等可调参数的取值原则,建立起平板附面层等离子体流动控制的数值模拟方法,为将等离子体流动控制方法应用于外流及内流场中的强剪切流动控制,奠定关键性的技术支撑.