低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低,其损失显著增大、效率显著降低。应用实验分析与数值模拟相结合的方法,深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律,数值计算是基于Jame son中心差分和Runge Kutta时间推进的N S方程计算的有限体积方法。研究表明,随着雷诺数降低,涡轮叶栅流动损失增大,当雷诺数小于42000之后,涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下,涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离,这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

涡轮叶栅损失生成和输运的数值模拟

采用CFD软件CFX-TASCflow对一低速涡轮平面叶栅（Durham叶栅）流场进行了数值模拟,研究了叶栅损失生成和输运规律。计算表明,现有的CFD软件己能较准确地计算叶栅损失,转捩k-ω模型计算的总压损失系数比没有转捩模型的计算结果高2％。     

涡轮叶栅尾缘冷气喷射的数值模拟

采用ANSYS／FLOTRAN软件,对沿轮叶栅尾缘冷气喷射现象进行了数值模拟计算。通过使用层网技术构筑的非结构风络和k-ε双方程湍流模型,较好地揭示了尾缘冷气喷射槽附近的流动机理。模拟计算结果与试验数据吻合良好。     

两个涡轮叶栅跨声速流场的数值模拟

采用CFD软件CFXTASCflow时两个涡轮叶栅跨声速流场进行了分析，其中一个为高压涡轮导向器环形叶栅，另一个为高压涡轮动叶中截面平面叶栅，计算结果与试验数据吻合良好。     

低压涡轮导向叶片平面叶栅试验及数值模拟

基于低压涡轮导向叶片平面叶栅设计性能的研究,进行了平面叶栅试验,并采用商用CFD软件NUMECA建立了平面叶栅3维计算模型,得到了各性能参数随出口等熵马赫数的变化曲线、叶片表面等熵马赫数分布曲线、以及S1流面等熵马赫数分布。计算与试验结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好;本叶栅具有后加载特性,亚声速段的损失较小;在设计工况时流动状态较好,流道中没有出现超声速区和激波现象。     

超声速涡轮叶栅超声速气膜冷却数值研究

为了研究超声速涡轮叶栅通道内的超声速气膜冷却,采用数值计算的方法,对主流压比2.33~4、冷气入射角度15°~45°条件下的涡轮叶栅超声速气膜流动和传热进行了研究。计算结果表明:超声速气膜射流与主流作用后产生的斜激波与尾缘激波交汇,形成两道反射激波,其中一道反射激波作用在气膜孔下游的叶片表面又形成了反射;在不同的主流压力下,超声速气膜射流在叶片法向和展向上展现出不同的发展特征,对转涡对(CVP)在展向上相互挤压,扼制了高温主流卷入叶片壁面;主流压比增加到4,气膜射流区在法向拉长,在展向相对较弱,导致主流在对转涡对(CVP)的作用下被卷入气膜射流的底层,壁面冷却效率降低;气膜入射角从15°增大到45°,冷却效率整体上呈先上升后下降趋势,在入射角30°时冷却效率相对最大,这与射流的穿透能力、冷却气流再覆壁面特征有关。     

叶型探针对压气机叶栅气动性能影响的试验与数值研究

利用平面叶栅风洞,开展了安装叶型探针的压气机叶栅吹风试验.通过测取不同工况下叶片表面压力、栅后尾迹等气动参数,分析了叶栅在安装叶型探针前后的性能变化.同时,采用数值模拟方法,对前缘探头绕流旋涡在叶栅流道内部的发展演变规律及其损失特性进行了探索.研究结果表明:①探针对叶栅局部流场的扰动作用比较明显,其影响特性与叶栅工作状态相互关联;②探针对其所在叶片以及相邻两侧叶片总压损失系数的影响程度随来流攻角发生显著变化;③安装探针后,栅后尾迹与主流掺混作用加强,导致尾迹沿周向存在较为严重的扩散作用;④负攻角条件下,前缘实体探头会诱导叶片出口靠近叶盆表面出现一定强度与尺度的涡系结构.     

涡轮叶栅端壁气膜冷却数值模拟

对前缘上游有双排气膜孔的涡轮叶栅端壁气膜冷却进行了气动和传热数值模拟。计算模拟了两排26个气膜孔,每个孔截面的网格数达到近200个,计算域包括了供气腔。计算得到了端壁气膜冷却的冷却效率分布并进行了冷气射流粒子示踪。计算揭示了端壁气膜冷却的流动与传热传质机理,并据此提出了端壁抛射气膜冷却的概念。结果表明数值计算可模拟气膜冷却的主要流动与传热特征,但在数值的准确性上还需要进一步的完善。     

涡轮级三维粘性流场的数值模拟

本文给出了一种求解涡轮级三维定常粘性流场的计算方法,并对某型航空发动机的高压涡轮进行了数值模拟。该计算程序考虑到了涡轮级工作温度范围较大而引起的变比热问题。文中采用了三阶精度的TVD格式和B-L湍流模型。叶列间参数的传递采用了“混合平面”法。叶列间处理采用外推无反射边界条件来保证参数在交接面上的周向不均匀。同时在交接面上构造了Riemann解和使用松弛因子来提高程序在叶列间小间隙情况下的稳定性。      

气冷涡轮叶栅效率的计算方法

将气冷涡轮叶栅中的冷气与主流在边界层中的掺混模型和在边界层外的掺混层中的掺混模型结合起来, 建立了一个预估气冷涡轮叶栅效率的计算模型。根据该模型利用回转面叶栅无粘流场的计算结果和二维叶面边界层流动的计算结果来预估气冷涡轮叶栅的效率。该算法为气冷涡轮叶栅的优化气动设计提供了一个计算手段。      

透平进气阀箱的数值模拟

用数值方法模拟了透平进气阀箱的内部流动。为了改善计算的收敛性和提高计算精度,程序采用了ＳＩＭＰＬＥＳＴ迭代求解方法,并引入ｋ－ε湍流模型、壁面函数法和空度的概念进行了数值计算。计算结果表明,本文的方法能够较好的模拟进气阀箱内部复杂的流动,并与已有的一些实验结果吻合良好。     

两级涡轮三维无粘定常流场的数值模拟

采用三阶精度TVD格式和隐式近似因子分解方法, 求解了某型航空发动机两级低压涡轮的三维稳态流场。控制方程为欧拉方程组, 流动损失以分布体积力的形式加入到方程组中。动静叶之间的参数传递采用了一种新的周向平均模型, 基于连续流场的假设, 各列叶栅的进出口条件采用了新的给定方法。为了证实本文方法的可靠性, 与S2流面计算的结果进行了比较。      

预估蒸汽轮机叶片颤振的三维方法

发展了一种可考虑叶片间相角变化的三维失速颤振预测方法。二维计算的最小气动阻尼比三维值低, 说明取特征截面的二维方法偏于保守, 且特征截面的取法具有任意性, 故二维方法仅能作为叶片颤振初步预估之用。为提高颤振预估的精度, 需用三维计算对二维计算结果进行校核。三维和二维计算均表明叶片间相角对蒸汽轮机叶片气弹稳定性影响很大, 叶片颤振预测必须考虑这一关键因素的影响。      

求解叶轮机粘性流场的再生解析数值方法

应用再生核方法求解叶轮机粘性流场是一种新颖的解析数值方法, 它可以解决计算中的存贮、计算速度和精度问题。本文给出了用再生核方法求解叶轮机粘性流场的思路和方法, 以及如何在曲线坐标系中应用再生核方法, 并给出了流函数积分方程的求解过程。最后对平面扩压管道进行了数值试验, 结果与有关文献是吻合的。      

求解跨声速压气机叶栅粘性流动反问题的数值解

阐述了一种以有限体积的时间推进方法为基础求解跨声速压气机叶栅设计的反问题方法。应用这一技术设计叶型,规定叶片表面无量纲目标速度分布,通过比较目标速度分布和计算获得的速度分布来修改叶片压力面和吸力面的坐标,最终获得要求的叶片形状。计算程序使用分布体力方法模拟粘性,用局部时间步长和多重网格方法加速收敛。还介绍了这种方法求解的基本方程系统,并给出了采用这种方法设计的无激波超临界跨声速压气机叶栅的设计结果。     

气固两相喷嘴平面叶栅能量损失的试验研究

通过对气固两相压气机平面叶栅后,沿栅距和叶高分布的气流压力和速度的测量与分析,研究了气固两相流流经压气机平面叶栅时的速度系数和能量损失系数随粒子浓度和攻角改变而变化的规律。试验是在攻角i=-10°、0°气流速度c=10m/s及粒子质量浓度α=0％、2.0％和2.7％的工况下进行的。结果表明:气固两相流流经压气机平面叶栅时能量损失比单相纯气流的大;而且随着粒子浓度和攻角增大,两者的差别也愈大。     

某型两级涡轮变比热容三维定常流场的数值模拟

通过求解由粘性力引入损失的Ｅｕｌｅｒ方程,模拟了某型两级双轴涡轮的内部稳态流场。计算采用了变比热容,用“混合平面法”对叶列间的相互干扰进行了处理,结果表明总体参数的计算值与发动机试验相吻合。     

多级轴流压气机喘振边界预估的一种新方法

基于多级轴流压气机的逐级特性，建立了一种预估多级轴流压气机在均匀进气和周向压力畸变进气条件下的喘振边界的新方法，基于动态压缩系统模型，对8级轴流压气机喘振边界进行了数值预测。结果表明，新方法不仅能较准确地预估多级轴流压气机的喘振边界，而且还能同时给出不稳定临界级。通过数值结果与实验结果的比较，表明了新方法的有效性。