基于γ-Reθt模型的高升力低压涡轮叶栅分离诱导转捩研究

应用γ槇-Reθt转捩模型对T106C高升力、低压涡轮叶栅进行数值模拟。分析了该模型在不同雷诺数工况下对层流分离诱导转捩的模拟精度。γ槇-Reθt模型通过求解关于间歇因子和当地转捩雷诺数两个输运方程,给出转捩起始位置和转捩区长度等信息;并且对层流分离诱导转捩进行了特定修正。结果显示,中、高雷诺数工况转捩模型预测结果与实验值较为一致,而低雷诺数工况模型预测的分离区域明显小于实验结果。降低入口黏性比可以有效改善低雷诺数工况的预测结果,湍流强度对分离点位置及分离区域大小有很大影响。     

整体涡轮导叶的冷效数值研究

采用数值模拟的方法,对整体涡轮导叶的流动换热特性进行了气热耦合研究,并引入抑涡孔结构进行对比分析。研究结果表明:叶片表面温度分布规律总体上是前缘高于尾缘,叶背高于叶盆。随着冲击距的变小,冲击驻点对流换热系数逐渐增大;新型抑涡气膜孔在真实叶片上有比圆柱孔更高的冷却效率,并且叶盆上使用的冷却效率更高。     

串列叶栅静子粘性全三维流场的数值模拟

该文发展一种数值模拟串列叶栅静子内部流场的方法。应用有限体积法及Baldwin-Lomax紊流模型数值求解与时间相关的三维可压缩的薄层Nayier-Stokes方程组。对法国。Turmo-Ⅲc小型航空发动机静子串列叶栅流场作了计算与分析。在中径处，前、后排叶片吸力面上的附面层很薄，尾迹宽度比较窄。由于前、后排尾迹同端壁附面层相互干扰，机匣及轮毂附近尾迹较宽。应用法国ONERA某静子平面串列叶栅作为验证算例，计算与试验结果一致，表明了该文算法的可靠性。     

跨音速涡轮平面叶栅气动性能试验研究

为研究某型涡轮叶片根部截面的平面叶栅在不同攻角和不同马赫数下的气动性能,采用风洞吹风试验对叶栅总损失特性、出口能量损失分布、叶片表面和壁面压力与马赫数分布等气动参数变化情况进行分析.结果表明,叶栅所采用的叶型具有较为明显的后部加载特性,叶栅能量损失在较宽攻角范围内保持较低水平,且随着出口等熵马赫数的变化呈现先减小后增大的变化规律.     

涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究

针对一种高负荷涡轮叶栅,利用低速矩形叶栅风洞实验研究叶顶间隙泄漏流动．研究了不同叶顶间隙和不同来流冲角情况下,涡轮叶栅的流场结构和气动性能．研究工况包括无间隙,0.5%、1.0%、1.5%叶高间隙和±10°、±5°、0°冲角．通过五孔探针获得矩形叶栅出口截面上总压、气流角以及速度分布;通过叶片表面开设的静压孔,获得叶片中部以及靠近叶顶截面的叶片表面静压分布．实验结果表明:叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况,涡系结构发生了改变．随着叶顶间隙的增大,叶栅总压损失增加,气流偏转不足/过偏现象加剧;随着冲角的增大叶栅总压损失增加．     

透平平面叶栅大负攻角分离流的研究

为了研究透平叶栅大负攻角分离流动的性质,在平面叶栅风洞上对叶栅流道内部及出口半叶高处的流场作了细致的测量,并测得了相应叶高处的叶型表面静压分布。用流动显示方法确定了叶型压力面上的分离区,初步拟出了分离流流型,并用二维时间推进法计算了无分离及有分离时的流场,得到了与实测值较为吻合的叶型表面静压分布及其它流动参数的分布。     

平面压气机叶栅非定常流动的数值研究

为了准确模拟非定常粘性分离流动,该文采用了三点五阶精度高分辨率广义紧致格式,对来流马赫数为0.5、雷诺数为106时负攻角、零攻角、正攻角等多种工况下平面压气机叶栅内部流场进行了数值模拟,得到了叶片压力面与吸力面上的压力分布以及它们随攻角的变化。数值解与风洞实验结果吻合得较好,表明使用雷诺平均Navier-Stokes方程加Baldwin-Lomax湍流模式来数值模拟平面叶栅中的非定常流动是一种可行的方法,三点五阶精度高分辨率广义紧致格式能够在较少的网格点上求解完全的N-S方程的条件下较为准确地模拟涡脱落现象。     

动静叶相互干涉的三维非定常流场数值模拟

将双时间步法应用于叶栅级的全三维黏性非定常数值求解,讨论了分区算法中内边界条件的给定问题,本算法可保证分区边界上具有与内点相同的精度,具有很好的数值稳定性,且通量基本守恒,将该方法应用于具有弯曲导叶的涡轮级的计算可得到典型的非定常流谱,揭示了动静叶之间的相互干涉对叶片气动性能的影响,数值计算结果表明本文给出的算法是合理有效的。     

平面叶栅流场非定常特性分析

为了分析平面叶栅流场的非定常流动特性,采用延迟分离涡模拟方法(DDES) 对某亚声速叶栅流场进行数值计算。为了保证计算准确,首先进行了最优网格选择、物理时间步长无关性验证;并与RANS-SA计算结果、实验结果进行对比。DDES方法计算结果表明,随着攻角的增大,尾缘涡会逐渐由细长型转变为结构整齐,频率单一的对涡结构,当攻角继续增大,对涡结构变得越来越不整齐。当攻角增大到吸力面出现大分离时,对涡结构消失,脱落涡表现出很强的随机性,吸力面分离涡在向下游传播的同时向周向传播,对相邻叶片的涡量分布产生影响。在大攻角工况时,进口马赫数的变化对于吸力面分离涡,尾缘涡都产生非常大的影响。     

透平叶栅大攻角流动特性的三维数值模拟

应用新型 L U隐式格式和改良型高阶 MU SCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩 Reynolds平均的Navier- Stokes方程和 q-ω低 Re双方程湍流模型 ,对一种透平叶栅在 - 6 0°到 35°攻角范围内的流动进行了计算。对不同攻角下叶栅内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明 ,该方法不仅可以准确地捕捉叶轮机械内部流动中出现的激波与边界层、激波与尾迹相互干扰等流动现象 ,而且也适用精确模拟不同工况下 ,特别是大攻角工况下带有分离流和强二次流情况下叶轮机械内部更加复杂的流动。     

Numerical investigation on the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade

The self-excited flow oscillation due to supercritical heat addition during the condensation process in wet steam turbine is an important issue. With an Eulerian/Eulerian model, the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade is investigated. A proper inlet supercooling results in the transition from steady flow to self-excited oscillating flow in the cascade of steam turbine. The frequency dependency on the inlet supercooling is not monotonic. The flow oscillation leads to non-synchronous periodical variation of the inlet and outlet mass flow rate. The aerodynamic force on the blade varies periodically due to the self-excited flow oscillation. With the frequency lies between 18.1?80.64 Hz, the oscillating flow is apt to act with the periodical variation of the inlet supercooling due to stator rotor interaction in a syntonic pattern, and results in larger aerodynamic force on the blade. The loss in the oscillating flow increases 20.64% compared with that in the steady flow.     

使用PAFV湍流模型对叶栅流动的数值研究

为进一步发展更有效的湍流模型,提高对高负荷跨声速压气机流动的数值计算精度,以侧偏平均脉动速度和应变率张量为基础构造了新的侧偏平均脉动速度(partial average fluctuation velocity, PAFV)湍流模型。在使用Python计算机语言进行编程计算过程中,将流动控制方程在一般曲线坐标系下变换后,采用有限差分方法进行空间离散。方程对流项采用Steger-Warming通量向量分裂法,扩散项采用中心差分格式离散,时间导数项采用具有TVD(total variation diminishing)性质的二阶Runge-Kutta法离散。使用该湍流模型对德国航空航天研究试验院的L030-4叶栅亚声速和超声速流动进行了计算,在进行网格无关性研究基础上,获得了流场压力等值线云图、马赫数等值线云图,压力系数分布等结果。计算显示侧偏平均脉动速度在激波附近区域受到明显抑制,避免了激波附近区域出现过大的湍流黏性。数值计算结果与实验符合比较好,初步验证了PAFV湍流模型可以有效地模拟该类型的叶栅流动。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数为2.2×104的方柱绕流流场进行了数值模拟.使用非交错网格的有限差分法,分别对准三维物理模型和真实三维物理模型求解不可压N-S方程,将沿流向方向方柱水平中心线上的时均速度的计算结果与实验数据进行了比较,结果表明,三维模型的模拟结果优于准三维模型的模拟结果.比较升力系数和阻力系数发现,与二维模拟(RNG)方法相比, 三维模拟的结果更加接近实验测试数据.     

微型燃气轮机燃烧室内三维流动过程的数值模拟

采用RNG κ-ε湍流模型，对Capstone公司75kW微型燃气轮机燃烧室火焰筒内气流三维流动过程进行了数值模拟研究．结果表明，燃烧室火焰筒内有3个回流区，其存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定．由火焰筒后部两排二次空气掺混射流孔射入火焰筒的射流深度不同，且沿流动方向第一排射流孔射流深度大于第二排．此外，火焰筒内气流轴向、径向和切向速度沿火焰筒径向的分布随着气流沿火焰筒轴向的流动逐渐趋于均匀，且其峰值位置朝向火焰筒中心轴方向移动．