应用滑移界面方法求解动/静相干叶排内非定常流动

基于滑移界面技术,发展了求解二维动／静相干叶排内非定常粘性流动的计算方法和软件,该方法克服了混合平面方法所引入的方法误差．压力与速度耦合采用非迭代ＰＩＳＯ算法;计算区域的离散采用非交错斜交网格．计算了二维不可压缩Ｃｏｕｅｔｅ流动及无限长相对运动动／静叶排内的非定常流动,验证了用该方法和软件计算动／静相干叶排内非定常流动的有效性     

离心式动/静相干叶排内部非定常流动的数值计算

首先采有作者发展的滑移界面技术及非定常流数值方法计算了两同心圆柱间库特（Couette)流动，在此基础上对叶轮及扩压器叶片数不等的二维离心式动，静相干叶排内部的非定常流动进行了数值模拟，详细分析了不同流量工况下动，静叶排内的非定常流动特性，数值分析表明，在一定的转速下，非等栅距离心式动，静相干叶排内部的非定常流动结构与流量工况密切相关，当流量较小或者较大时，在叶片扩压器内都会产生大尺度的分离涡，而在叶轮内的涡尺寸较小或不出现。研究结果可为优化叶轮与叶片扩压器的匹配提供有益参考。     

圆柱型水槽内动/静叶相干非定常流动的实验研究

在不同的转速和动／静叶相对位置下，利用粒子图像速度场仪（PIV）对具有动／静叶的圆柱型水槽内瞬态流动非定常相干情况进行了实验研究，为了消除随机因素的干扰，实验采用锁相编码器技术和集平平均技术来处理实验数据，结果表明，圆柱型水槽内部具有较强的动／静叶相干现象，静叶区经常出现旋涡结构，通过集平均处理得到的某一转速及动／静叶相对位置情况下的速度矢量分布，可显示旋涡的位置随动叶和静叶的相对而变化，实验还发现，随着转速的升高，动／静叶相对位置对静叶区旋涡的影响变小。     

非设计工况下叶片扩压器与离心叶轮间非定常流动的二维数值模拟

以一实验用离心压气机内叶片扩压器与叶轮间耦合流动为研究对象，采用动静部件统一的计算方法，对叶片扩压器与离心叶轮间二维流场在非设计工况下的非定常流动进行了数值模拟，并与无叶扩压器与离心叶轮间定常流场进行比较．与测量结果比较表明，本文的计算结果具有一定的可信度，并由此说明了非设计工况下，动静部件干涉对流动的影响．     

排气管内二维非定常流动的冷态试验

为了认识排气管内的多维流动特性,提供排气管二维非定常流动计算的边界条件和考题数据,设计了１根二维的排气管模型．在柴油机倒拖时,测量了该模型排气管内６个截面的压力和速度分布的变化,研究了模型排气管内二维非定常流动．测量结果显示,同一截面不同测点的压力变化曲线非常接近;支管的速度分布曲线是不对称的,其峰随偏向支管的内壁面,进入总管后速度曲线呈偏向总管外壁面的不对称分布,随后渐渐变为对称分布．测量结果可用于排气管二维非定常流动的计算．     

凹槽状动叶顶部非定常气膜冷却性能的研究

采用数值求解三维(RANS)方程的方法,开展了燃气透平级在动静叶干涉下凹槽状动叶顶部定常和非定常气膜冷却性能的研究.定常计算结果表明:吹风比为1.0时的动叶顶部气膜冷却有效度优于吹风比为0.5和1.5的情况.在吹风比为1.5时,气膜冷却气流脱离槽底壁面并导致气膜冷却有效度降低.非定常计算结果表明:在动静干涉下凹槽状动叶顶部内流动和气膜冷却有效度具有高度的非定常特征;上游静叶尾迹和通道涡周期性地与动叶顶部间隙泄漏流相互作用,使得动叶顶部凹槽底部分离线发生变化,冷却气流覆盖槽底壁面的位置和面积也发生相应的改变,进而导致槽底和槽侧面的气膜冷却有效度发生变化;定常计算得到的凹槽底部气膜冷却有效度的预测值大于非定常计算的时均结果.     

基于RNG k-ε湍流模型钝体绕流的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型对钝体绕流流场进行了数值模拟．计算采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程．计算结果表明，RNG k-ε湍流模型可以成功地模拟绕钝体的不稳定、非定常和剧烈分离流动。     

收一扩喷管内二维紊流的数值研究

本文应用隐式有限差分理论对喷管内二维紊流流动进行了数值求解．采用了贴体曲线坐标系统，代数紊流方程模化紊流，整个流场用时间推进迭代方法获得．研究表明，控制方程右端粘性项矢是主变量欠的一个线性函数．文中所提供的计算方法与计算结果将为三维非定常计算打下基础．     

时域谱方法用于内流非定常流动计算

该文研究了使用谱方法进行内流周期性非定常计算的可行性及计算效率。在文中提出使用隐式时间推进方法求解相应的控制方程,用以加速收敛,并对计算方法的稳定性和无反射边界条件处理方法等进行了研究。使用时域谱方法对内流气动声学基准算例和二维喷管算例进行了计算。结果表明对周期性非定常流动,相对于常规的非定常时间推进方法,使用谱方法来逼近物理时间偏导数项可以提高计算精度并减少计算耗时,从而可以将其用于叶轮机械非定常流动计算。     

叶片数约化对叶片气动载荷的影响研究

通过求解三维非定常N-S方程模拟叶轮机械内部流场。采用有限体积中心差分和四步龙格库塔时间推进格式,并且使用了双时间方法对计算加速。对一级跨音速风扇静叶选取不同的叶片数方案进行了非定常流场和性能数值模拟。对于不同的叶片数,叶片几何截面按比例缩放以保证各方案叶片稠度不变。通过对特征截面时均载荷的分析研究了静叶约化对下游激波位置的影响。通过对流面参数的快速傅里叶变换,分析了约化对动叶表面静压各阶谐波幅值的影响。研究发现,约化改变了动叶表面主要非定常载荷的幅值以及轴向位置。而轴向位置的改变对非定常气动力的一阶谐波幅值产生了显著的影响。     

时域谱方法用于内流非定常流动计算

该文研究了使用谱方法进行内流周期性非定常计算的可行性及计算效率。在文中提出使用隐式时间推进方法求解相应的控制方程,用以加速收敛,并对计算方法的稳定性和无反射边界条件处理方法等进行了研究。使用时域谱方法对内流气动声学基准算例和二维喷管算例进行了计算。结果表明对周期性非定常流动,相对于常规的非定常时间推进方法,使用谱方法来逼近物理时间偏导数项可以提高计算精度并减少计算耗时,从而可以将其用于叶轮机械非定常流动计算。     

鱼类游动的N—S方程数值模拟

通过求解二维守恒型非定常流动N-S方程,对鱼类运动时鱼体周围二维非定常流场进行数值模拟,数值计算空间采用有限体积离散,时间推进格式采用Jameson的双时间法。描述了各状态鱼体模型、计算网格的生成方法和数值计算方法。结合计算结果对鱼类游动时反卡门涡街的形成和鱼体推力的产生机理进行了分析,并对不同斯特哈尔数对推力的影响进行了研究。结果表明：非定常N-S方程数值方法能够正确模拟鱼体运动时的流场和反卡门涡街的形成;产生明显推力的St数的范围是0．23～0．53,而且在0．35处推力达到最大。     

倾扭叶片在热电联产级组中的应用

采用了倾扭复合成型的设计方案，对国产热电机组CC25的低压末两级进行了优化设计。首先以准三维通流计算为基准，对进出口的几何参数进行了调整，兼顾了设计工况和变工况下的气动性能要求，提高了级组的总体运行效率。叶型型线设计采用三次B样条控制成型、径向叠加的方法，按照进出口汽流角的变化规律进行径向扭曲，最终获得三维扭叶片。进一步对静叶片进行斜置，提高了级的流动性能。结果表明：采用合理的静、动叶匹配可有效地减少攻角损失；对静叶进行合理的斜置和扭曲，对动叶采用合理的扭曲规律，可控制反动度的分布，有效减少根部／顶部的次流损失以及减弱流动分离，减少余速损失，改型后CC25机组低压末两级的内效率提高了6．6％。     

叶片非定常气动力诱发振动机理初步

为确保叶轮机械工作可靠性,开展涡轮叶栅在非定常气动力作用下的振动机理研究是必要的。采用非定常数值模拟方法对某高压涡轮两级的内部流场进行了计算,并对涡轮第一级叶栅分别进行了模态分析和瞬态结构分析。结果表明,在考虑到叶片约束条件、载荷以及质量分布的情况下,静叶最大位移出现在尾缘中部位置,且随转静干涉效应呈周期性变化;动叶最大位移出现在动叶顶部位置,且在气动力的周期性作用下,沿展向发生变化。     

二维浅水流动的离散涡方法

根据二维浅水流动中旋涡既可产生于流动边界层，也可在主流场中自生自灭的特点，建立起Eulerian-Lagrangian框架下的二维浅水流动离散涡方法；利用该方法数值仿真了高雷诺数下的二维浅水方柱绕流，得到了流动的速度场、涡谱，计算结果中明显可见流动分离、旋涡以及旋涡随时间的发展演化，即模拟出流动所具有的非定常不稳定等非线性特征。     

求解非定常方柱绕流的可变周期时间谱方法

针对周期性非定常流动特点,采用时间谱方法求解了无限大区域内低雷诺数下二维不可压缩层流绕方柱流动问题．由于方柱绕流的非定常运动周期事先未知,在计算过程中加入了基于残差梯度的可变周期计算方法,使变量和周期可以同时迭代计算．研究了时间谱方法的计算精度和求解速度,分析了不同求解参数对最终结果的影响．计算结果表明,时间谱方法可以准确地模拟方柱后漩涡的非定常运动现象,而计算所需时间只是传统的基于有限差分的双时间推进方法的10％～25％,流体非定常运动的Strouhal数和方柱的阻力特性证实了这种方法的正确性．可变周期计算方法对求解参数的变化不敏感,可以准确地预测运动周期．     

水翼瞬态启动非定常流动数值模拟

为了解翼型以不同加速度启动时的流动特性,采用基于动网格方法的有限体积法对翼型瞬态启动引起的二维不可压缩非定常流动进行了数值计算,并结合网格局部重构的方法保证翼型运动时周围的网格质量.计算了启动加速度分别为50 mm/s2和100 mm/s2时,绕翼型非定常流动的结构及其演化过程,并分析了加速度大小对流动结构的影响.结果表明,翼型在加速运动和匀速运动过程中均形成了复杂的旋涡结构;大加速度下非定常流场中的旋涡运动、扩散和耗散速度明显比小加速度下的要慢,并且大加速度下旋涡结构更紧凑,运动更为强烈.     

流体瞬变有限元分析

本文提出一种二维非定常微可压缩粘性液体流动计算的有限元瞬变分析方法及其计算模型,据此建立了采用全主元策略的波阵法分析软件,并以快速锻造液压机管道的流体瞬变计算实例说明其应用.     

300 MW汽轮机中压缸多级叶片气动设计与分析

为了改进某汽轮机中压缸的气动性能,对其前3级的直静叶设计提出反扭或弯扭等多种改型方案,并运用计算流体力学（CFD）方法对原方案和改型方案的内部流场进行了数值模拟．根据计算结果分析了不同方案下的级内流动特性和气流参数变化,给出了各方案下的多级效率．计算结果表明,静叶扭转减小了动叶的相对进气角,从而使多级效率有所提高．静叶的弯曲改型对多级效率的影响不明显,但能改善叶间流场的分布形态．     

基于高阶紧致格式的二维不可压NS方程求解

本文介绍了一种基于原始变量的用于求解二维非定常不可压Navier-Stokes方程的高阶紧致格式。这种紧致格式最初是用于计算声学（CAA）的高精度格式,相对于传统的紧致格式,使用该格式的优点在于减少计算量的同时降低了边界模板的处理难度。这种方法建立在非交错网格上,空间离散具有六阶精度。压力Poisson方程基于九基点模板的四阶紧致格式进行离散,超松弛迭代进行求解。时间推进上采用四阶Runge-Kutta方法。为验证该方法的精度和有效性,利用该格式计算了一个具有解析解的问题,以及二维非定常情况下的方腔驱动流动问题,并且和传统的紧致格式进行了计算时间的对比。