燃气轮机分布式仿真的现状与展望

燃气轮机仿真正在从单一的、定制的仿真程序,向多学科综合的、适应各种需要的仿真环境发展。由于燃气轮机各个部件模型通常使用不同的编程模型和编程语言,需要在系统层次采用统一的编程模型来进行集成,同时屏蔽编程语言的差异。本文从编程模型的角度出发,对各种分布式仿真技术进行比较分析,并介绍了国内外燃气轮机仿真的发展现状。最后对国内燃气轮机分布式仿真的发展方向进行了探讨。     

用隐式WENO格式计算悬停旋翼跨声速流场

发展了一种基于高阶迎风格式的计算悬停旋翼跨声速流场的隐式有限体积法。对流项采用Roe通量差分分裂格式,使用五阶WENO格式进行左右状态重构,并与MUSCL插值进行比较;粘性项采用中心有限体积法。为提高收敛到定常解的效率,时间推进采用LU-SGS隐式方法。数值模拟采用了一种能够有效传递网格间流场信息的重叠网格,其中使用了三层内边界和贡献边界的方法以便插值的直接进行。用该方法对一跨声速悬停旋翼粘性流场进行了数值计算,数值结果表明:与MUSCL格式相比,WENO格式对激波位置捕捉得更准确,具有更强的涡捕捉能力,同时还表明了WENO格式在很大程度上能够克服涡耗散问题。     

脉冲爆轰发动机内三维两相爆轰的数值计算

根据脉冲爆轰发动机内脉冲爆轰的特点,建立三维两相爆轰的理论模型。应用国际上最近发展起来的CE/SE方法,数值模拟爆轰管内三维两相燃烧转爆轰的过程。计算结果表明:当点火起爆后,在燃烧转爆轰过程中,三维效应非常明显。当形成稳定爆轰波后,三维效应不明显。计算压力值和实验压力值符合得较好。     

进气温度和当量比对脉冲爆轰发动机工作过程影响

为了研究进气温度和当量比对脉冲爆轰发动机工作过程的影响,建立了带简单化学反应的气液两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,使用二维时空守恒元与求解元(CE/SE)方法和变步长4阶龙格-库塔法分别求解气液两相爆轰方程.计算结果表明:提高进气温度,能加速液滴雾化、蒸发,缩短燃烧转爆轰距离和时间,但是会降低爆轰波的峰值压力;当量比小于1.1时,增加当量比,能缩短燃烧转爆轰距离和时间,提高爆轰波的峰值压力,加快爆轰波传播速度;当量比大于等于1.1时,增加当量比,能小幅提高爆轰波速传播度和缩短燃烧转爆轰距离和时间,但对爆轰波的峰值压力影响很小.      

混合室结构对脉冲爆轰发动机工作过程影响的试验研究

为了改善两相脉冲爆轰发动机内燃油雾化混合效果,通过试验研究了文氏管、挡板、掺混器、文氏管和挡板组合、文氏管和掺混器组合这五种不同的混合室结构对管内雾化混合和燃烧转爆轰过程的影响。试验结果表明:两种组合型混合室结构的雾化混合效果优于其他三种混合室结构。文氏管和挡板组合虽然雾化效果稍弱于文氏管和掺混器组合,但是径向液滴分布上更为合理;低频时,安装文氏管和挡板平均压力峰值最高能达到4.4MPa;高频时,安装文氏管和掺混器工作频率最高能达到32Hz;在试验范围内,改善混合室结构,形成雾化效果好和分布合理的可爆混合物有利于提高脉冲爆轰发动机的工作频率。     

气体密度超声检测法的研究

介绍了一种利用超声技术在线快速测量气体密度的方法。其原理是测出气体介质的压力和声速后,再根据由热力学和弹性介质力学建立起来的压力、声速和密度之间的关系算出密度。所有监控、测量和数据处理均由微机完成。还给出了在几种不同介质中的试验结果,并对结果进行了半定量的误差分析。与理论分析相比,有较好的一致性。超声检测法是一种在线检测气体密度的新方法。     

疲劳多裂纹扩展随机模型的参数估计方法

建立了用试验数据估计疲劳多裂纹扩展随机模型参数的方法,尤其为利用现有的单裂纹扩展试验数据,建立了用不完全数据估计多裂纹扩展参数的方法,为含多裂纹结构的概率损伤容限分析作准备.应用最小二乘原理,讨论了完全试验数据-并联远源裂纹和完全试验数据-近源裂纹2种情况下裂纹扩展参数的估计方法,考虑了裂纹扩展试验的2种极限情况,给出了估计结果偏于保守的不完全试验数据-近源裂纹情况下的裂纹扩展参数的估计方法.完善了疲劳多裂纹扩展随机模型,为模型的工程应用打下了基础.      

大型机翼整体壁板系统化喷丸成形技术

大型机翼整体壁板是现代大型飞机重要的大型承力整体结构件并且通常直接构成飞机的气动外形。喷丸成形是现代大型轻质高强铝合金整体壁板件成形制造的首选技术方法,但如何实现大型机翼整体壁板的精确喷丸成形一直是现代航空制造技术领域的一个难点问题。针对这一工程问题,本文采用系统化的方法,将影响大型机翼整体壁板喷丸成形精度的因素分解为壁板平面板坯误差、成形参数设计准确度、成形参数控制精度、环境因素。针对这些因素,采用基于变形位能最小的板坯优化设计来减小由板坯导致的成形误差;采用数据拟合、人工神经网络以及解析模型计算相结合的喷丸成形参数综合设计方法来提高喷丸参数设计的精度和效率;建立了板坯修正模型以修正环境温度、喷丸设备参数波动等因素对成形件形状和尺寸的影响;对于从喷丸设备上下线后仍存在的外形贴模误差,则采用手提喷丸机进行局部的渐进式校形喷丸至外形贴模。壁板喷丸成形的工程实践表明,本文所提出的系统化方法能够有效提高大型机翼整体壁板喷丸成形的精度和效率,并可满足工业生产的需求。     

碳化硼材料动压气浮轴承零件精密加工

针对高精度、高硬度、高脆性碳化硼材料的动压气浮轴承零件精密加工存在加工合格率低和效率低的问题,进行了加工流程、精密磨削与精密研磨的技术改进。首先,采用电火花套切方法去除大部分加工余量、小余量精密磨削和精密研磨加工的工艺方法,提高了轴承零件加工效率。其次,通过设计制作专用高精度定位磨削夹具和金刚石砂轮修整装置,解决了轴承零件磨削加工形位精度不高和砂轮无法进行在位修整的问题。最后,通过研制圆柱面精密研磨机,解决由于原有研磨设备精度差造成的加工质量和效率低的问题。通过采取技术改进措施,实现了碳化硼轴承零件亚微米级形位精度的磨削加工,提高了轴承零件的加工精度、合格率和加工效率。     

数字化实体制造及其实践

提出了工业产品的数字化实体概念,指出了数字化实体制造良好的应用前景.讨论了工业产品数字化实体制造实现的关键技术及其现状,分析了目前存在的主要问题,最后介绍了作者在数字化实体制造方面的实践情况.