基于混合RANS/LES的跨音速叶栅流动机理与损失分析

随着透平负荷的不断提高,跨音速叶栅通道中的激波/边界层干涉、非定常尾迹等复杂流动现象成为损失的主要来源。目前常用的RANS方法难以准确预测这些非定常多尺度湍流流动,亟待基于高精度湍流模拟方法研究其精细流动结构及损失机理。基于自主开发的混合RANS/LES方法对某跨音速叶型进行了研究,并利用本征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)获得了关键流场结构特征,最后利用基于热力学第二定律的熵生成率分析方法进行了损失机理研究。结果表明:基于混合RANS/LES方法在跨音速叶栅通道内的求解具有可靠性和精确性,尤其对尾迹流场细节的捕捉,该方法更具有优势;在跨音速叶栅流场中,尾迹区的非定常涡脱落和激波间断是流场中非定常效应的主要来源;黏性耗散引起的熵生成率在时均和瞬时熵生成率中占主要作用,是流场损失的主要的来源。     

多级轴流压气机全工况特性预测

使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,研究了多级轴流压气机在设计工况及非设计工况的性能预估问题。对某七级轴流压气机进行了全工况特性数值计算。重点分析了低转速下近失速点、设计转速下近最高效率点、高转速下近堵塞点、进口导叶关小时设计转速下近失速点等四个典型工况点的流场特性。计算工作在自主开发的20节点集群计算机系统上进行。计算结果表明现有的软件和硬件平台能比较准确地预测压气机多叶片排的全工况特性。     

顺压梯度环境下成型孔气膜冷却射流的大涡模拟

为了研究燃气轮机透平内部流向压力梯度(Streamwise Pressure Gradient, SPG)对气膜冷却效果的影响。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)方法研究了在密度比1.5,吹风比1.6,孔出口加速系数K=1×10~(-6)条件下成型孔的冷却特性。通过实验对LES结果进行验证,比较零压梯度(Zero Pressure Gradient, ZPG)和顺压梯度(Favorable Pressure Gradient, FPG)的雷诺时均模拟(Reynolds Average Navier-Stokes, RANS)结果,并分析LES得到的时均流场和瞬时流场。结果表明:FPG促进发卡涡生成,促进主流和射流的掺混,同时抑制发卡涡抬升,对冷却有利。