预处理方法与大涡模拟工程应用

为了将大涡模拟应用于工程计算,关键之一是获得可用于大涡模拟的二阶低耗散激波捕获格式．为此,采用了高低速流动统一算法预处理方法．然而,预处理方法的主要缺点是计算稳定性较差,特别是对黏性流计算,从而在大涡模拟高精度要求计算中不能获得预期的计算精度．依据预处理Roe格式,通过对预处理后的特征矩阵的分析,发现其中含有不稳定的结构,并确认这是预处理计算产生不稳定的主要原因．依据不可压缩流动计算常见的两个假设,消除了格式中不稳定的结构,得到了一种新的格式：低速Roe格式．这一格式具有合理的计算稳定性和高的精度．计算实践表明,在低马赫数流条件下,低精度要求计算中低速Roe格式和预处理Roe的表现相似;而在高精度要求计算如大涡模拟中,低速Roe格式的计算精度明显强于预处理Roe格式,如可准确模拟高负荷涡轮叶栅T106吸力面的分离泡现象等．     

多级压气机通流与CFD一体化优化设计方法

针对S2流面求解的通流计算方法与全三维黏性求解的计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）方法是叶轮机械气动设计与分析的主要技术手段。该文基于一套自主开发的流线曲率法通流计算程序，建立了适用于多级高负荷轴流压气机的通流与CFD一体化优化设计方法。该方法由通流与CFD一体化气动分析方法和基于改进智能优化算法的设计优化方法构成。研究将其应用于某跨音三级压气机中，对其中的跨音动叶边界层分离流动问题进行合理定位。针对第一级动叶（R₁）与第三级动叶（R₃）开展优化设计，分别获得了三级压气机效率提升0.1%和0.3%的优化设计方案。研究表明，该方法能够实现通流与CFD分析方法优势互补，同时把握气动布局设计与细节流场结构特征，从而高效定位压气机气动性能与流场结构问题及其与叶型设计或气动布局的关联，指导优化设计方向。