发动机冷却水三维流动数值模拟基础研究

本文在作者已完成的不可压缩流体三维流动数值模拟研究的基础上，对发动机冷却水三维流动的数值模拟方法进行了基础性研究。文章对具有发动机冷却水腹复杂形状的箱体内的水进行了三维流动模拟计算，介绍了数值模拟的基本方法，并对计算结果进行了分析，说明了该方法的有效性。该文介绍的内容是深入研究实际发动机冷却水三维流动数值模拟的基础。     

先进的CFD方法在高效率汽轮机设计中的应用

本文记录了先进的计算流体动力学（简称CFD）技术在高效率汽轮机设计中的应用，计算方法是通过强词经典的型线设计和一般的汽轮机设计方面，如整个通道的应力分析及几何特性的相互关系来描述的。该方法用于典型的汽轮机设计案例，即汽轮机多级全三维流场、叶片汽封和排汽缸的计算。CFD对设计过程的支持体现在：对复杂的流动特性提供更深入的物理认识，并为进一步研究和优化提供目标。通过比较计算结果和试验结果，评定了目前技术水平下CFD的预测能力。计算结果和试验结果取得很好的一致。还对由结构化网格和非结构化网格计算所得结果进行了相互比较，不仅证明了两者极好的一致性，而且示范了采用非结构网格的CFD软件模化复杂几何形状的特殊能力。总之，发现了CFD方法具备预测现代汽轮机组中发生的复杂三维粘性流动的能力，从而在整体上获得对流体动力机械更好的理解。性能进行预测，并对流场的总体动力特性有更好的了解。因此，先进的CFD技术是西门子发电集团设计高效率汽轮机的一个基本工具。     

直列叶栅气动性能的实验与数值研究

在直列叶栅吹风实验的基础上，借助于现代计算流体动力学技术，讨论应用数值方法来模拟叶栅内部的实际流动，以期获取大量真实可靠的流动信息。提出了二阶精度隐氏矢通量分裂差分方法并发展了求解三维叶栅内部粘性流动的计算分析软件包ＣＡＳＦＬＯＷ３Ｄ。数值计算表明。该软件包具有健壮性好，精度高，收敛快，使用简单方便等优点，流场计算结果与实验符合较好。     

热力叶轮机械内部的全三维复杂流动数值模拟研究点滴

简要回顾了将计算流体力学用于热力叶轮机械研究方面的部分工作。采用作者提出的高收敛率、高精度和高分辩率的数值计算方法,对热力叶轮机械内部的三维非定常湍流流动进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较。表明现在的方法和程序有更高的精度和分辩率、更高的计算效率,数值格式简单,能有效地捕捉各种复杂流动现象。可作为一种有力的工具提供给工程师进行一般的叶轮机械叶片的设计与优化选型。     

滤层仿真参数的确定

将计算流体力学成功地引入到滤清器研究领域。该应用对边界条件、计算模型、控制参数及网格质量方面都有严格要求。本文根据流体流动的基本规律，结合应用在滤层多孔介质区域三维流场的计算，提出了气体在滤层区域的参数确定方案，为进行滤清器仿真设计奠定了基础。并在实验台上对仿真结果成功进行了验证。     

多维模型与高速直喷柴油机的设计和研制

本文叙述了计算流体力学(或多维计算模型)在计算内燃机流动过程方面的应用,特别是AVL如何应用此方法在设计和研制高速直喷柴油机过程中所做的工作,讨论了理论基础和应用多维流体计算所遇到的问题;介绍了已广泛用于汽车工业的计算程序算出的典型计算结果,包括缸内进气诱导和压缩涡流的二维和三维计算结果和进气歧管内的流动计算结果。所有这些计算的最重要特征是它们能够给出对复杂物理现象的深入理解,此外这一方法还能够提供通过试验很难或不能得到的重要信息。多维模型即可用于设计阶段评估和各种不同设计方案的分析,又可用于发展研制过程中,通过计算不同边界和运转条件下发动机的性能来揭示共同特征和变化趋势。     

高强化柴油机气缸套周围冷却水流动的数值模拟和试验研究

针对柴油机的冷却进行精确计算，必须对柴油机内部流场进行深入的三维数值模拟和试验研究。首先分析了柴油机冷却水流动的数值模拟计算方法，建立了某柴油机气缸套周围复杂水腔的三维实体模型，并采用FIRETM软件对水腔模型进行计算，得到冷却水在缸套复杂水腔内的三维流场；再运用流量压力测量法和流动显示法对透明气缸套水腔内的冷却水流动进行试验。对比分析结果表明数值模拟计算的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致缸套水腔改进后冷却水的流量和压力分布合理，水腔内微涡和流动死区减少，缸套穴蚀减轻，此数值模拟方法是合理的。     

基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究

以实际产品为研究对象，提出了基于“CAD／CAM／CFD”的气道研制流程，研制出的气道已投入产品生产，发动机排放水平达到欧Ⅱ标准，本文使用三维工程设计软件Pro/Engineer^TM完成柴油机气道的三维实体造型和模具加工，使用三维流体动力学软件FireTM完成稳流试验台中气道－气缸流动的三维数值模拟计算，流动计算结果与试验结果吻合很好。     

内燃机进气流动数值计算中三维几何建模问题的探讨

本文主要对内燃机进气流动数值计算中的三维几何建模的方法进行了探讨，并针对进气道稳流试验台的仿真计算提出了几种几何模型，计算结果与试验数据进行了比较，分析了各模型的计算误差，表明三维简化几何模型的结构对计算精度有较大影响。     

水力机械流动分离与损失相关性的工程模型

分离的产生严重影响水力机械的流动特性，流动分离与水力损失密切相关，为了在设计中确定流动分离损失。该文通过利用死水区假设的似计算分离区的大小，提出了一和种近似计算分离损失的方法。同时，给出了一种利用进出口参数来确定转轮内部流动分离的分离尺度和起始位置的工程模型。研究结果表明，流动发生分离后，在流向下游的过程中分离区不断扩大，流动分离的起始位置对转轮出口的分离尺度及水力损失有很大的影响。     

Geometry Effects on Aerodynamics Performance of a Low Aspect Ratio Turbine Nozzle

This paper describes the influence of some geometric parameters on aerodynamics performance of a low-aspect-ratio turbine blading designed by a novel method developed at the Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences. This is a part of the study on aerodynamics optimization of turbomachinery. It follows the development of the basic ideas in the turbomachinery aerodynamics research project at the institute. The present paper concentrates mainly on the effects of geometry, such as stagger angle, leading and trailing edge thickness, maximum thickness and its location on adiabatic efficiency, total pressure ratio and mass flow rate. The study was performed and assessed for a low-aspect ratio turbine nozzle using 3D steady Reynolds-averaged N.S. solver. Using the knowledge of the flow physics analysis an optimized turbine nozzle was obtained.     

Straight-leaned blade aerodynamics of a turbine nozzle blade row with low span-diameter ratio

Compound-leaned blades have been applied for the design of turbomachinery for reducing secondary flow losses and then improving the aerodynamic performance. The aerodynamics features are not clear enough so far and, therefore, have been investigated by many authors experimentally and numerically. The present study on turbomachinery aerodynamics is emphasized on the leaning effects of straight-leaned turbine nozzle blades with low span-diameter ratio (less than 0.1). This kind of blades has relatively low efficiency. This is due to that the blades are too short and then the loss contours of both tip and hub surfaces are merged with each other. How to increase the efficiency becomes one of the important subjects, which is faced to the turbomachinery community. Effects of straight-leaned blades in a turbine nozzle blade row with low span-diameter ratio have been assessed using three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes computations.     

用工程方法考虑流动损失的跨音速透平级全三元流场的计算

介绍了用时间推进法计算有流动损失的跨音速透平级全三元流场的计算方法，流动损失采用哈尔滨汽轮机厂提供的损失模型进行计算。对考虑流动损失与忽略流动损失的全三元流场计算结果进行了对比，发现考虑流动损失后反力度有一定的提高，速度三角形也有少量变化，说明考虑流动损失对于进一步改进透平级设计是必要的。本文提供的方法可供工程设计应用。     

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合：前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法，已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析．并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系；后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台．通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。     

Study on Aerodynamic Design Optimization of Turbomachinery Blades

This paper describes the study on aerodynamics design optimization of turbomachinery blading developed by the authors at the Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, during the recent few years. The present paper describes the aspects mainly on how to use a rapid approach of profiling a 3D blading and of grid generation for computation, a fast and accurate viscous computation method and an appropriate optimization methodology including a blade parameterization algorithm to optimize turbomachinery blading aerodynamically. Any blade configuration can be expressed by three curves, they are the camber lines, the thickness distributions and the radial stacking line, and then the blade geometry can be easily parameterized by a number of parameters with three polynomials. A gradient-based parameterization analytical method and a response surface method were applied herein for blade optimization. It was found that the optimization process provides reliable design for turbomachinery with reasonable computing time.     

运用现代CFD方法设计高效率的汽轮机

论述了运用现代计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术设计高效率汽轮机的方法,典型应用的实例有全三维叶片级流场、叶片汽封和排汽蜗壳计算。计算结果和实际是相符的。进一步对结构性单元和非结构单元程序的计算结果进行了比较,已证明,非结构单元CFD程序用于复杂形状的流场计算时,结果与实际相当一致,并具有独特的功能。     

运用现代CFD方法设计高效率的汽轮机(续前期)

论述了运用现代计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术设计高效率汽轮机的方法,典型应用的实例有全三维叶片级流场、叶片汽封和排汽蜗壳计算。计算结果和实际是相符的。进一步对结构性单元和非结构单元程序的计算结果进行了比较,已证明,非结构单元CFD程序用于复杂形状的流场计算时,结果与实际相当一致,并具有独特的功能。     

基于神经网络＆NURBS技术的叶片优化设计研究

应用流行的神经网络技术与先进的几何描述方法NURBS技术，对某两级风扇进行优化改型设计，特别针对于转子2的根部截面进行优化，通过对优化前后的转子2以及两级风扇的流场气动结构与特性的对比分析表明，该优化设计方法确实可行，具有一定的先进性，能够改善叶轮机械的整体气动特性，可以为叶轮机械的优化设计提供一种新的途径。     

集群计算机系统用于叶轮机械通流部分全三维设计分析

探讨了集群计算机系统用于叶轮机械通流部分设计的重要意义和可行性，发展了一整套基于微机集群计算机系统的、独具特色的叶轮机械通流部分全三维粘性流动的分析方法，研发了完全具有我国自主知识产权、程序可靠的叶轮机械流场特性分析软件包。