用CFD研究高压比离心叶轮内的二次流动

高压比离心压缩机正在喷气发动机和燃机中得到越来越多的应用。然而,人们对其流道内三维粘性流动的认识却非常有限。本文基于已经过实验数据确认的CFD结果,详细地分析和讨论了一种高压比离心叶轮内在近设计点的三维流场,以揭示其中激波与边界层相互作用和二次流动结构等的特征。      

上仰及小振幅振荡三角翼流动显示研究

为验证折合频率与无量纲频率对涡破裂点位置的影响,在北航大水洞用动态机构三角翼分别进行了不同折合频率k(k=à C/2U∞)的上仰.停止运动及不同无量纲n(n=fc/U∞)的小振幅的俯仰振荡实验.实验结果表明,在不同迎角范围上仰时不同折合频率对涡破裂点位置有很大影响,如在破裂涡迎角范围.破裂点随迎角的变化曲线会出现山峰状;对于在破裂涡区作小振幅振荡的三角翼,无量纲频率n,对破裂点位置变化也有很大影响.其中,无量纲频率n在1.0左右时为临界值.     

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.      

三维多段机翼复杂流场的计算和分析

采用中心差分的有限体积方法和分区技术求解了N-S(Navier-Stokes)方程,在分区求解技术中采用了满足通量守恒的内边界耦合条件.分析讨论了三维襟翼的绕流流场,对"剪刀差"处的三维分离进行了探讨,初步揭示了绕流的主要特征及对附近物面压强的影响.同时,分析了三维襟翼前缘的分离流动.      

带肋变截面回转通道内沿程有效压力分布特性的实验研究

以某型航空发动机的实际涡轮叶片内部的带肋变截面180°回转通道为研究对象,以实验的方法分别研究了带90°直肋和带60°斜肋的通道内的流体流动的特性。根据研究问题的特点,定义了壁面有效压力及局部有效压力系数,并得到了其沿程分布及两种通道内有效压力系数的经验公式。实验发现,对于带90°直肋和带60°斜肋的矩形回转通道沿程有效压力的分布趋势基本一致,由于流道截面积的不规则变化,导致有效压力有沿程逆增现象。      

有二次涡的激波边界层干扰流动的DPNS和NS方程计算

本文针对具有二次涡复杂分离再附现象的激波边界层干扰流动,数值地考察了扩散抛物化Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（ＤＰＮＳ）方程组的适用情况。壁面摩阻和压力、主涡和二次涡的涡高和涡长、分离再附位置以及流线图等特性的计算表明：ＤＰＮＳ方程组的数值结果均与ＮＳ方程组的数值结果很好相符。     

椭圆形截面螺旋管道内二次流动的摄动解

从曲线直角坐标系中的Ｎ－Ｓ方程出发,采用摄动方法求解了椭圆形截面螺旋管道内粘性流动。结果表明：一阶挠率项仅影响椭圆形截面上的二次流动,并不影响截面上轴向速度;当轴向压力梯度较小时,二次流动主要受挠率的影响,随着轴向压力梯度的增加,曲率的作用越来越强。     

稀薄气体圆柱绕流的并行化DSMC方法研究

本文针对ＤＳＭＣ方法的内在并行特征构造了两种并行算法,并在ＰＶＭ环境下实现了并行化计算。计算结果表明,实现ＤＳＭＣ方法的并行化能够显著缩短计算时间,提高计算效率,不同并行算法能够达到的加速比存在差异。     

曲率和挠率对圆截面螺旋管道粘性流动的三阶作用

利用Ｇｅｒｍａｎｏ的曲线正交坐标系下的完全Ｎ－Ｓ方程,采用摄动方法求解了圆截面螺旋管道内的粘性流动,得到完全三阶摄动解,研究了曲率和挠率对二次流动和轴向速度的一阶、二阶和三阶作用。在曲率一阶项的作用下,截面上形成方面相反的两个二次涡,轴向速度最大值移向外侧;曲率的二阶项使二次涡的中心移向外侧;在曲率和挠率的高阶项（二阶和三阶）的共同作用下,靠近下半截面的涡增加,同时,二次涡的中心和轴向速度最大值移     

后缘喷流对三角翼前缘涡的影响

本实验应用染色液流动显示技术和激光测速技术 (LDV)研究了 6 0°后掠三角翼在后缘差动喷流、对称喷流情况下前缘涡破裂位置、涡核的空间分布、涡核的速度分布以及三角翼背风面流动结构随迎角的演化等。实验结果表明 ,喷流增大了三角翼前缘涡涡核保持高速度的区域 ,推迟了涡核减速的位置 ,在大迎角情况下 ,对称喷流有助于消除由前缘涡振荡引起的“摇滚”现象。