速度面混合型方程喷管解在跨音速透平叶栅计算中应用条件的研究

应用速度留法设计跨音速透平叶栅，在跨音区部分采用速度面混合型方程喷管解是一种较为便利的方法，本文将详细给出喷管解用于叶栅计算的公式和步骤，分析各种边界条件对于叶栅计算的影响，边界条件对于叶栅计算的制约范围。本文于１９８１年１月收到     

平面跨音速叶栅的优化设计

根据最优化理论建立了平面跨音速叶栅优化计算的数学模型，以跨音叶栅气动正问题的求解为基础，以叶栅损失系数ξ为目标函数，并考虑适当的约束条件，应用最优化方法，通过反复搜索，自动给出在一定条件下性能最佳的叶栅。从两种叶栅的优化设计的结果表明：优化后叶栅流场的特性得到了明显地改善，损失下降，将优化计算在叶轮机械设计领域内的应用向前推进了一步。     

任意旋成面跨音速叶栅流动的一种高效率解法

提出了任意旋成面叶栅跨音速绕流的一种高效率解法。导出了以Ｖｏｎ Ｍｉｓｓｅｓ 坐标为自变量的任意旋成面叶栅中流动的流线控制方程；简单而有效地处理了速度的双 值问题。用数值方法研究了流面半径和流片厚度随轴向变化对于流动的影响。     

速度图法设计跨音速透平叶栅的研究

本文给出了用速度图法设计跨音速透子叶栅的新方法，在亚音区部分，用速度面坐标的位流方程求解，在跨音区，则采用以近似压缩性函数组成的混合型方程的解析解，给出了计算的差分格式，讨论了计算方法中的几个问题，并给出了计算结果。     

完全用边界元法进行叶轮机械叶栅流场的数值分析

为完全用边界元法来计算叶轮机械平面叶栅的不可压缩流场,本文提出了一种速度势与叶型表面切向流速均采用边界元法来计算的数值方法,取得了良好的结果。     

不完全蜗壳水轮机引水部分的实用优化设计

不完全蜗壳水轮机的引水部分对于水轮机性能及平面尺寸有重大影响。传统的设计方法是通过简单计算和凭经验进行的,很不完善。介绍一种新的工程上实用的优化设计方法,通过对进水流道、蜗壳的蜗形部分以及双排叶栅分别进行流动分析和优化计算进行设计。其蜗形部分不采用速度矩为常数的假设,固定导叶的形状沿圆周是变化的,以便与来流相适应; 固定导叶与活动导叶两环列叶栅之间的相对位置是由优化计算确定的。实验证明,这种设计方法对于提高水轮机的效率或减小平面尺寸是有效的     

叶栅可压缩流动反问题的一种数值解法

本文提出一种解叶栅绕流反问题的近似方法.利用假想气体近似,将可压缩流动平面的反问题,变换为虚拟的不可压流动平面上的反问题.采用边界元方法造代求解出叶片型线,然后再变换到原物理平面.本文还对亚音速、无激波跨音速叶栅的三个例子作了数值计算.     

跨音速透平扭叶片的气动优化设计研究

以并行自适应差分进化算法为核心，耦合曲面造型方法以及计算流体动力学求解技术，发展了一种适用于叶轮机械三维气动优化设计的全局自动气动优化算法．利用该算法，以等熵效率最高为目标，在满足流量约束的条件下对跨音速扭叶片进行了气动优化设计．对优化结果的详细分析表明，最优叶栅的等熵效率比原始叶栅提高了1．1％，气动性能有显著的改善，算法具有良好的优化性能．在跨音速条件下，载荷分布对叶栅的气动性能有着巨大的影响，采用前加载设计可有效地减弱斜激波的强度，减少激波损失，提高流动效率．因此，通过优化叶栅型线来改变叶栅的载荷分布可有效地提高叶栅的气动性能。     

LU-AUSM~ 混合格式在三维可压缩流动数值分析中的应用

将一维AUSM 格式扩展到三维任意曲线坐标 .为了获得高阶精度 ,采用了三阶MUSCL格式 .将AUSM 格式与LU SGS格式结合 ,对凸包通道跨音速无粘流动、平面叶栅跨音速和超音速无粘流动 ,以及喷管超音速粘性流动进行了数值模拟 .计算结果与文献计算结果和试验数据相符很好 .     

新的多重网格算法在压气机流场计算中的应用

根据在流场数值计算中使用多重网格方法可以加速收敛的原理,在叶栅流场控制方程使用有限体积差分法进行离散的前提下,提出了一种新的4重网格方法来加速求解压气机叶栅可压缩流动,该方法可以与显式时间推进法有效配合使用。通过对NASA67超音速轴流压气机叶栅流场的数值计算表明,该方法明显加快了流场计算的收敛速度,并且计算结果与试验结果吻合较好。     

端壁翼刀在跨音速压气机环形叶栅中的应用

为研究端壁翼刀对跨音速压气机环型叶栅特性及二次流的影响,采用三维定常N-S方程及Realizablek-ε湍流模型,在跨音速下对可控扩散叶型的压气机环形叶栅进行加装不同周向位置和不同高度端壁翼刀情况下叶栅流场的数值模拟.结果表明:合理选择翼刀安装位置、高度,可有效控制压气机叶栅的二次流,降低叶栅的总损失.加装在距叶片压力面50%节距处、高度为3.3 mm的翼刀设置方式为最佳翼刀设置方式.     

任意旋成面叶栅内粘性流场的数值计算

介绍了一种用于任意旋成面叶栅内粘性流场计算程序。以有限体积显式时间推进方法为基础,用粘性体积力方法模拟湍流粘性流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率,方程中的自变量选取在控制体顶点。计算了Ｈｏｂｓｏｎ冲动式叶型内部流场,ＮＡＳＡ３７＃低展弦比跨音速压气机转子在两个叶高回转面上流场,Ｓａｎｚ超临界压气机叶栅内部流场。计算结果与实验结果和设计结果进行了比较,从而证明本方法能够快速、准确地模拟叶栅内部的二维流动和转子内部的三维流动。该方法是对全三维粘性流场计算程序的一个补充,具有较强的工程实用意义。     

LU—AUSM^＋混合格式在三维可压缩流动数值分析中的应用

将一维ＡＵＳＭ＾＋格式扩展到三维任意曲线坐标。为了获得高阶精度,采用了三阶ＭＵＳＣＩ格式。将ＡＵＳＭ＾＋格式与ＬＵ－ＳＧＳ格式结合,对凸包通道跨音速无粘流动、平面叶栅跨音速和超音速无粘流动,以及喷管超音速粘性流动进行了数值模拟。计算结果与文献计算结果和试验数据相符很好。     

极小展弦比后加载叶栅气动特性三维数值分析和实验

以数值手段分析了极小展弦比下后加载透平叶栅内的定常3D粘性流动及损失，并对该透平叶栅在不同出口Ma和进气角下进行平面叶栅吹风实验．数值方法采用3D可压缩粘性流动压力修正算法求解N-S方程及Baldwing-Lomax代数湍流模型．通过数值计算分析和平面叶栅吹风实验研究表明，后加载技术应用于极小展弦比叶栅中，可以起到控制3D叶栅损失与二次流生成和发展的作用．     

不同攻角下平面叶栅不可压缩实际粘性流动的数值和实验研究

本文提出基于微分—积分方程组的求解任意非正交曲线座标下定常不可压缩、N—S方程的有限差分法。该法用来求解不同攻角下平面叶栅中带分离或不带分离的紊流流动。本文运用K—ε紊流模型结合虑及逆压梯度的壁面函数法对紊流流动进行了理论分析、导出相应的计算公式。建立一种适用于平面叶栅流场计算的简单附体坐标。为了保证求解过程的收敛和简化,提出一个唯一解准则和一系列新的计算方法。并在一个带附面层抽吸的平面叶栅风洞上进行了大量实验,对栅间和尾迹的紊流脉动量进行了测量。计算结果与实验数据的比较表明了在叶片表面压力分布、叶栅流道及尾迹中平均速度的分布、分离点位置及雷诺切应力uv方面两者颇为相符,并根据实验数据,对K—ε紊流模型中的系数进行了选择与对比,提出了适用于平面叶栅流场的紊流模型系数c_1和c_2。     

模拟退火算法在透平叶栅多目标优化设计中的应用

将模拟退炎算法与透平叶栅跨音速粘流气动计算相结合,并将其应用于透平叶栅的多目标优化设计。在多目标优化设计中,采用最小偏差法,并以叶栅的损失系数和做功能力为目标函数进行了优化设计。优化结果表明,此方法能够克服传统优化算法及易降入局部极值的缺点,因而得到了比传统算法更优的设计方案。     

组合的LU分解迎风方法的多重网格收敛

为提高计算收敛速度,以新的高收敛率的LU型隐式格式和高精度、高分辨率的MUSCL TVD迎风格式为基础,对可压缩无粘和粘性流动问题计算的多重网格方法进行了探讨。采用二维凸包通道和VKI LS 59跨音速透平叶栅为算例,通过与单网格上的计算迭代性能做对比,证明这种算法在原有基础上更大幅度地提高了计算收敛速度,节省了CPU时间,而且方法本身也简单易行。     

轴流式叶栅内部流动变工况性能的计算分析

应用有限元方法求解不可压黏性流动Ｎ－Ｓ耦合方程,对ＮＡＣＡ叶型的叶栅在不同冲角的条件下,叶栅内部的流动作了较为完整的计算分析。结果包括叶片表面的压力分布、叶片表面法向的速度分布以及表面摩擦系数。在计算中,采用了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型和壁面函数以提高计算的速度。结果表明：冲角不仅对叶片表面的压力分布,而且对叶片附近的流动状态,特别是在叶栅流道的后半部,有很大的影响。     

关于叶栅气动弹性稳定性的四种数值计算方法对比研究

为了研究不同计算方法对颤振计算的影响,采用标准低压涡轮叶栅颤振模型——STCF4(standard test configuration 4)算例4中的628跨音速工况,分别用四种颤振计算方法(能量法、影响系数法、驻波模态法和单叶片模态法)进行全面计算和分析,为工程实践选取合适的颤振计算方法提供参考。阐述了涡轮叶栅中后行波比前行波更不稳定的原因,展现了叶片间相位角的形成过程,从而揭示了叶片间相位角对结构气动弹性稳定性具有关键性作用的原因。     

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。