跨音速叶栅边界层积分解法的数值模拟

利用边界层动量积分方法与有限体积解法,进行有粘-无粘迭代求解粘性跨音速叶栅流场.边界层的计算方法概念清晰,程序简单,计算时间少,具有较高的计算精度,适于工程实用.     

汽轮机叶栅内蒸汽流动的数值模拟研究

蒸汽汽轮机叶栅内流动属于变截面管流问题.本文利用力学知识建立了叶栅机翼理论,利用Computational Fluid Dynamics （CFD）软件对蒸汽在汽轮机叶栅内的流动进行了数值模拟研究,包括稳态流动及非稳态流动,并对叶栅内部蒸汽流动的压力和马赫数进行了动态显示,分析研究验证了与流体力学有关机翼和叶栅边界层理论知识.     

用时间相关法计算跨音速叶栅的数值试验

本文用时间相关有限体积法对跨音速平面叶栅流场进行了计算,在计算中采用了不同格式、不同初场的计算方法,也在如何加快收敛方面作了一些尝试。     

叶栅内部粘性流场的数值模拟

提出了一种求解叶栅内部粘性流场的新方法,并用该方法求解了任意曲线坐标系下的时间相关Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,该方法采用有限体积离散,对无粘通量采用Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ－Ｏｓｈｅｒ的三阶精度ＴＶＤ格式,对粘性通量采用中心差分格式;并且在边界处理上采用直接将边界条件施加于物理边界上的方法,使得边界条件更加符合真实情况,对叶栅内部粘性流场的计算表明,该方法能够反映叶栅内部的流动情况。     

离心式压缩机内三维粘性流动计算

采用时间相关的可压缩平均Ｎ－Ｓ方程组及Ｋ方程湍流模型，应用任意拉格朗－欧拉法（ＡＬＥ）进行离散，对离心压缩机叶轮内部的三维粘性流场进行了数值模拟，ＡＬＥ法采用任意六面体网络单元，网格可按规定速度运动，因此适用于具有复杂几何边界和流场区域不断变化的流动问题，以Ｅｃｋａｒｄｔ叶轮为例进行了数值计算，计算结果与实验结果吻合良好。     

用时间相关有限体积法求解任意旋成面叶栅的跨音速流动

用时间相关有限体积法求解叶轮机械中任意旋成面叶栅的跨音速流动.以积分型的基本方程出发,采用一种简单的四边形多重网格和差分格式,对定常、无粘性、可压缩完全气体的跨音速流场的数值分析,提出了一个行之有效的计算方法,以两个平面叶栅为例进行计算,其结果与实验结果的吻合证实了本方法的成功.这种方法可用于算带有激波的跨音速流场,并对叶栅的设计和叶片的造型有一定的指导作用.     

发动机叶栅的实验研究和数值预测

在暂冲式跨音速平面透平叶栅风洞上对某叶栅进行了吹风试验。通过数值预估实验叶栅流场,提供了流场大体结构,设计了实验方案。为选择压力传感器量程和布置测点位置提供了依据。实验测量得到了设计安装角及变工况下叶片表面压力、叶片表面等熵马赫教及波系结构随叶栅进口气流角的变化,并对叶栅内部及出口流场进行了纹影照相。数值预测与试验结果相比较,在大部分情况下,吻合得很好,说明了计算程序的可靠性。反过来,试验结果又可用于检验和改进N.S方程计算程序。     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

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。本研究的目的是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Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。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40000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。     

不可压粘性流动N—S耦合方程的有限元解法——II应用

应用有限元方法求解不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程，将此方法用于驱动方腔和突扩管道内的层流分析，结果表明此方法具有良好的椭圆型性质，能预测分离流动。用该方法结合两层湍流代数模型，对压气机叶栅内不可压流动进行模拟分析，与实验结果的比较证明方法是有效的。     

翼型跨音速定常及非定常粘性绕流的数值模拟

发展了一种计算翼型跨音速定常及非定常粘性绕流的数值方法。采用ＬＵ分解隐式三阶迎风格式求解二维非定常可压ＮＳ方程组，紊流模型采用ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ双层代数模型。计算网格采用相对翼型固定的贴体运动网格。数值模拟了ＮＡＣＡ００１２翼型的几种跨音速定常及非定常粘性绕流状态，计算结果同已有的实验数据吻合较好     

叶栅流场尾迹中非定常涡系的数值模拟

叶栅通道内包含复杂非定常流动特征的涡系结构，二维直叶栅的尾迹涡系中粘性、尺寸效应十分明显，进行数值模拟时计算量较大，因此时分离涡产生与脱落过程的准确、清晰的捕捉要求有更高效率的数值解法。应用隐式格式、全场统一时间步长和Baldwin—Lomax紊流模型求解二维Navier—Stokes方程，时二维直叶栅流场非定常涡系进行了数值模拟分析，在大攻角、不同进口马赫数的2种工况下，通过对比分析不同时刻叶栅流场的熵和压力瞬态图，捕捉到分离涡产生与脱落过程，并合理地反映了紊流流动特征。通过计算结果看出，所采用的非定常粘性流动数值模拟方法有效，计算效率较高，能够较好地捕捉复杂的尾迹非定常涡系，较为清晰地反映叶栅流场涡系的形成、发展和消失过程，为进一步研究孤立转子和多叶排环境下的非定常流动效应提供了初步的基础。     

应用区域分裂方法求解平面叶栅粘性流场

应用区域分裂方法对平面叶栅粘性流场进行了数值计算，成功地处理了周期边界条件中的困难，将周期边界完全变成了内点计算，计算结果与实验结果吻合得很好。     

多网格法求解跨音速叶栅绕流的计算

应用时间推进有限体积法,采用双层网格进行了带激波的跨音速叶栅绕流流场计算,有效地提高了时间推进有限体积法的收敛速度,减少了计算时间。实例计算结果与实验结果吻合良好。     

三维非稳态流场的有限元数值模拟

应用伽辽金加权余量有限元法,对三维稳态流动的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量守恒方程进行数值求解方法研究和程序开发,并通过三维Ｃｏｕｅｔｔｅ流动的计算机对程序进行了检验,为今后开展自由表面的充型流动数值模拟奠定了基础。     

玄武岩纤维成型区粘性流动过程的数值模拟

玄武岩纤维的成型过程是制备玄武岩纤维的关键，研究其流动、传势规律及参数变化对提高玄武岩纤维质量，减少断丝，增加纤维强度具有重要意义。通过建立成型过程中流动和传热的数学模型，在合理简化后进行数值模拟，得出了玄武岩纤维丝根处的温度、速度、粘度的分布以及丝根的几何形状。计算结果显示：丝根呈圆锥形，距离漏嘴2.5mm左右处为上丝根和中丝根的分界点；上丝根丝根的半径变化率大于中丝根的半径变化率；丝根的几何尺寸与漏嘴直径及最终纤维直径有关；中丝根区的速度、温度、粘度的变化率最大，是纤维成型的主要区域；纤维的固化点取决于纤维与周围环境的换热条件。     

附面层吹吸气对跨音速叶栅气动性能影响的数值研究

文章数值模拟了某跨音速叶栅超音速区后附面层分别进行抽气和吹气对叶栅通道流道中超音速区位置、范围及压缩波强度的变化以及总压损失的影响。结果表明:抽气与吹气都能有效改善流道中附面层分离状况,但相比于吹气,抽气会使超音速区域向后大大扩展,使流场中出现激波,造成激波损失,从而导致整个流道中总压损失增加。这表明文中跨音速叶栅中使用抽气的方式消除附面层分离比吹气所造成的总压损失大。     

叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动的数值模拟

对叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动进行了数值模拟,采用了一种简化模型一单圆弧直到扩压叶栅。在正交曲线坐标系中对所研究的N-S方程做了抛物化处理,略去主流方向的扩散项并用一个已知的无粘压力场使动量方程分开求解,然后修正无粘压力场,引入简化的能量方程,计算中采用κ—ε湍流模型。