弯掠翼叶轮内流二次涡系的计算机数值仿真

采用非交错网格下的曲率时间尺度K-ε湍流模型和纳维斯托克斯方程线求解，对宇宙航空用弯掠叶轮和基准叶轮叶道内部三维粘性速度场进行了数值仿真，分析了叶轮流道内部通道涡等复杂二次涡系结构的流谱特性及其对气动性能特别是旋转失速的作用机理．研究表明：弯掠叶轮流道内通道涡、刮擦涡有效卷吸翼顶边界层低能流体，抑制了翼顶部的流动分离和旋转失速，有利于失速裕度的扩大．数值仿真结果为弯掠叶轮的计算机辅助设计提供了改进指导信息．     

考虑旋转和曲率的湍流模型修正及应用

通过分析湍流模型在模拟旋转和弯曲壁面的旋转机械内流时存在的问题发现,在原有湍流模型的基础上考虑旋转和曲率效应是提高离心泵内流模拟精度和改善流动不稳定性的必然选择;在k-ωSST模型中通过考虑旋转和曲率修正,同时引入Hellsten的理查德森数修正模型思想和扩展内秉旋转张量修正,生成了一种新的湍流模型;应用改进后的湍流模型对比转数为34.34的离心泵在不同工况下的内流场进行了数值模拟,并将改进前后的数值计算结果与试验结果进行了详细对比,由此分析了泵内部流场的分布规律。研究结果表明:改进后的湍流模型预测的能量性能与试验值更接近;在0.6倍设计流量工况下,改进后湍流模型的扬程预测精度提高了3%,效率预测精度提高了近2%,这一结论在内流场中得到了验证;与原湍流模型相比,改进后湍流模型明显改善了叶轮流道和蜗壳扩散段处的流动情况。该结果可为湍流模型研究提供参考。     

有无外罩时前缘弯掠轴流风扇内流性能的比较

使用FLUENT软件，根据中央空调室外轴流风扇的特点，使用有限体积法，应用三维定常雷诺时均纳维-斯托克斯方程和κ-ε二方程湍流模型，采用SIMPLE算法对前缘弯掠轴流风扇在有无外罩两种情况下的内流场进行数值分析，主要考察了轴流风扇的内部流动状况和对气动性能的影响，将内流计算结果和PIV实验数据相比较，表明计算与实验结果符合较好，从而证明了数值计算的有效性．根据前缘弯掠轴流风扇的内流图谱，指出了其外部性能变化的内流机制，它可为改善风扇性能和降低噪声提供理论依据。     

低压轴流风扇性能的改善

在轴流叶轮常规准三维设计方法的基础上,采用前缘弯掠技术,运用CFD/CAD方法对空调器轴流风扇进行耦合设计,并且应用三维纳维-斯托克斯方程和Spalart-Allmaras湍流模型分别对国外样机风扇和新风扇进行了数值分析与性能实验.实验测试结果和内流计算结果符合较好,验证了设计方法的可行性和数值计算的有效性.研究结果还表明,采用大前弯角度和前掠角度的新轴流风扇减小了叶道中二次涡的影响范围,主流区域增大,基本消除了前缘分离现象;在气动性能基本保持不变的情况下,风扇噪声可降低0.5～1.3dB(A级声压级).     

旋转射流钻头的叶轮设计

旋转射流钻头是一种新型高效水力破岩钻头，作为旋流发生器的叶轮，其性能直接影响破岩效果．文中分析了旋转射流钻头的内流场，在此基础上提出叶轮设计目标和要求，证明了对圆柱形叶轮，不存在既无径向流又等旋度的叶轮参数．同时，运用翼型绕流理论，推导出有关叶轮长度、半径、叶片安放角等参数与射流喷嘴直径、扩散角、旋度之间的关系式，分析并确定了叶片工作性能与来流压力的关系式．运用实例说明了这些公式的使用以及叶轮段水头损失的估算方法，可为叶轮的设计提供理论指导．     

旋流器结构对内流场影响的数值研究

用有限差分法对旋流器内流场进行了数值模拟,采用各向异性的湍流模型能够正确模拟旋流湍流流场。通过对速度场、压力场的分析发现,径向压力梯度是由切向速度的作用生产的,而径向压力梯度正是驱使油滴向轴心方向运移的动力。提出了根据管中心的压力和轴向速度的变化决定旋流器长度的方法。旋流器小锥角的角度越大,分离段越长,越有利于提高分离效率。     

旋流器结构对内流场影响的数值研究

用有限差分法对旋流器内流场进行了数值模拟,采用各向异性的湍流模型能够正确模拟旋流湍流流场。通过对速度场、压力场的分析发现,径向压力梯度是由切向速度的作用产生的,而径向压力梯度正是驱使油滴向轴心方向运移的动力。提出了根据管中心的压力和轴向速度的变化决定旋流器长度的方法。旋流器小锥角的角度越大,分离段越长,越有利于提高分离效率     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用．     

旋流燃烧室内三维等温流场研究

采用三维RNG κ-ε湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果．数值模拟结果与文献中实验数据的比较表明，两者符合较好．该燃烧室采用叶片式旋流器并配置一次和二次空气径向射流．比较了一次空气射流和二次空气射流对燃烧室内流场的影响．研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧．一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增大回流量；二次空气射流深度较浅，其对燃烧室内流场的影响较小，     

前缘弯掠(扭)斜流转子叶尖脱落涡的PIV研究

应用PIV技术测量了一开式前缘弯掠(扭)斜流转子的叶尖脱落涡的结构及其发展演化趋势,测量结果表明,叶尖脱落涡产生于叶片顶部区域,沿着一条与转子旋转方向相反的斜线向下游发展．叶尖脱落涡的强度随叶轮转速的提高而增强,随背压的提高而减弱,当背压增加到一定程度时,叶尖脱落涡消失．实验结果为前缘弯掠(扭)斜流转子在大型中央空调室外机上的应用和优化设计及其降噪提供重要的内流实验数据．