平面跨音速叶栅正、反混合问题的一种高效率解法

本文在文献[1]的基础上提出了平面跨音速叶栅正、反混合问题的一种高效率解法,它保持了文献[1]中方法的优点,避免了打靶,从而达到了扩大适用范围,减少了计算时间。 文中导出了以Von Mises坐标为自变量的流线控制方程,简单而有效地处理了速度的双值问题,作为考核,计算了两个跨音速平面叶栅和一个拉伐尔喷管的流场,结果令人满意,本方法具有精度高、收敛快的特点,即使对于624所跨音涡轮动叶中部叶栅中比较复杂的流场,也只需迭代50次,费时不到1分钟(DPS-8机),即可获得满意的结果。     

平面叶栅气动试验研究进展与展望

平面叶栅气动试验传统上是验证压气机、涡轮的基元性能的主要手段, 近年来国内外研究人员利用平面叶栅开展了大量的流动测量试验, 以揭示叶栅内部复杂流动现象的本质和规律、探索减小叶栅内流动损失的方法. 本文从试验装置、测试技术和研究内容三个方面, 综述了近年来平面叶栅气动试验研究的进展情况. 首先介绍了平面叶栅试验装置的发展及提高平面叶栅试验段流场品质的措施; 其次介绍了叶栅气动试验采用的部分流场测试技术, 包括叶片表面压力场、叶片表面温度场、内流速度场及流场可视化等测试技术, 分析了这些测试技术的进展和存在的问题; 然后梳理了近年来平面叶栅试验研究的相关科学问题及进展, 包括跨音速叶栅中的激波研究, 叶顶间隙泄漏流动研究, 叶型优化研究, 多尺度非定常旋涡结构研究, 振动环境下叶栅流场研究等; 最后对平面叶栅气动试验研究方向进行了展望. 通过了解叶栅内复杂流动现象及本质, 为进一步探索和提高压气机、涡轮的气动性能提供技术支撑.      

应用变域变分有限元法解平面叶栅反命题

反命题作为一种可变(未知)边界问题近年来得到了广泛的研究。本文给出了亚声速平面叶栅反命题计算的势函数变域变分有限元解法。变域变分通过把可变边界结合在变分泛函中，使其与求解流场的控制方程结合起来，从而使可变边界求解和流场分析可以完全耦合进行。本文针对亚声速平面叶栅的反命题，根据泛函的驻值必要条件，介绍了变域变分有限元方法的求解过程，最后给出了两个数值算例。这两个算例均采用四节点矩形单元的插值基函数，第一个算例用于检验程序的可靠性，第二个算例设计了一个给定叶面马赫数分布的叶型，并与试验结果进行对照。     

湿空气非平衡凝结对压气机叶栅性能影响的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热与跨音速气流耦合会显著改变流场结构。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数学物理模型,对三种工况下压气机叶栅内湿空气凝结流动进行计算分析。计算结果表明:湿空气压气机叶栅流动中,湿空气中水蒸气有可能发生非平衡凝结从而对叶栅通道内的流动产生强烈影响,改变流场内的激波结构,叶栅内压力系数减小最大幅度由1.38减小到0.76。     

跨音速湿空气非平衡凝结流动的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热对跨音速气流进行加热,会显著改变气流的流动特性。通过对商用计算流体动力学软件FLUENT进行二次开发,建立了湿空气非平衡凝结流动的数值求解方法。该方法可用于二维或三维、粘性或无粘、内流或外流的求解中。采用该方法分剐对缩放喷管、透平叶栅以及绕CA-0.1圆弧翼型的湿空气非平衡凝结流动进行了数值分析。计算结果表明：湿空气凝结手l起缩放喷管中的凝结激波、导致叶橱流动中总压降低;对于翼型周围的流动,在相对湿度分别为50％、57．1％、64.1％时,依次计算得到了单激波、五激波、双激波。     

穿过反平面圆形夹杂界面的曲线型刚性线

利用复变函数方法和叠加原理建立了求解刚性线夹杂问题的弱奇积分方程,利用Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程主部分方法,研究了穿过反平面圆夹杂界面的曲线型刚性线夹杂在界面交点处点处的奇性应力指数以及交点处角形域内的奇性应力,并定义了交点处的应力奇性因子。利用所得的奇性应力指数,通过对弱奇异积分方程的数值求解,得出了刚性线端点和交点处的应力奇性因子。     

平面叶栅气动设计的最优化理论

本文在叶栅位流及边界层理论(考虑了层流至湍流的转捩)的基础上建立了叶栅最优化命题更完善的物理模型和变分表述式,并归化为一个带有多个不等式型“控制约束”和“相约束”的最优控制问题.然后,应用分段式极大值原理与约束分离原理等~[9]来求解. 这一理论的主要特点是能统一考虑各方面(气动、强度、冷却、工艺等)的实际设计约束,故所得最优解是现实可行的,可应用于工程设计实践. 本文暂限于研究平面不可压缩流动,但本文理论可以较直捷地推广至可压缩流动和任意旋成面叶栅上去.     

翼型跨音速流动计算和外形设计的变域变分有限元方法

在气体动力学问题研究中经常会碰到诸如激波、翼型设计等未知界面问题。未知界面的存在为该类问题的理论分析和数值求解带来了很大困难。刘高联针对未知界面问题发展了一种变域变分有限元方法,该方法将未知界面看作是一个变化区域的边界,采用变域变分将未知界面结合在变分泛函中,使其与求解流场的控制方程结合起来,从而将未知界面的求解和流场的求解完全耦合进行,因而是一种处理未知界面的独特工具,极适合于气动外形的设计求解。本文运用变域变分有限元方法对翼型跨音速流动正、反命题进行了数值研究。由于在跨音速翼型绕流中存在激波,所以为了得到压缩激波解,采用了“人工密度”办法。几个算例均得到了满意的计算结果和设计结果,证明了本文方法的有效性和优越性。     

基体裂纹与界面刚性线的弹性干涉

研究两种材料界面上的刚性线与其它任意位置处直线裂纹弹性干涉的反平面问题。基于界面上刚性线与任意位置处螺型位错干涉的基本解,运用连续位错密度模型法将问题转化为奇异积分方程。用半开型积分法求解奇异积分方程,得到位错密度函数的离散值,计算裂纹尖端处的应力强度因子。算例说明该方法可用于工程实际问题。     

基于透射电镜晶格图像数字云纹的应变测量方法

提出一种通过量化几何转角实现应变测量的数字云纹新方法。该方法以高分辨透射电镜(TEM)获取的晶格图像为基础,通过傅立叶变换-反傅里叶变换,将TEM晶格图像生成三个不同倾角的栅线图。以已知应变状态位置获取的TEM栅线图为参考栅,以所需测量位置获得的栅线图为试件栅,分别对倾角接近的参考栅与试件栅进行逻辑运算,得到各倾角栅对应的数字云纹图像。基于几何云纹基本原理,建立参考栅与试件栅二者之间栅线倾角的变化(即栅线转角θ)、该栅线倾角所对应几何云纹条纹的倾角与栅线间距变化率(即栅线法向应变分量ε)之间的解析关系。计量栅线转角与几何云纹条纹的倾角便能够得到试件栅位置上三个不同方向的正应变,从而实现面内应变各分量的解耦测量。由于本方法获得的是高分辨TEM图像所在位置的应变平均信息,因此具有十纳米量级的空间分辨率。本文采用模拟实验对以上方法的正确性进行了验证,并将其应用于多层异质半导体结构横截面样品的应变分析,并给出了面内应变各分量的细节信息。     

叶轮机叶片气动优化理论的进展

—、引言叶片气动问题(一般讲,任何工程问题)可分为下列四大类:正命题,反命题,杂交型命题和优化命题。与叶栅优化命题直接相关的是叶栅反命题,但由于如何给定叶面流速,即最优流速分布问题没有解决,由于按给定叶面流速分布求出的叶型往往不能满足气动以及其他方面(强度、振动、冷却、工艺等)的要求,从而无实用价值,所以,反命题解法虽然早在40年代就已出现,但至今极少被采用。至于最优流速分布问题迟迟未能解决的原因,又是由于叶型形状同叶面流速分布之间的关系太复杂,以致极难建立变分问题的数学表      

流体动力系统激波的数值模拟

本文为了对流体动力系统含有激波的跨音速流动进行数值模拟,给出了曲线坐标系下的LU-AUSMLW算法。该算法综合利用了AUSMPW格式与LU-SGS方法的优点。本文通过采用三阶MUSCL格式获得高阶精度。为了验证该算法的精度,对通道和叶栅中含有激波的跨音速流动进行了数值模拟。本文数值试验的计算结果与文献计算结果相符很好。     

多材料反平面断裂问题特征值的超逆幂迭代求解

从反平面切口问题的特征方程入手，采用换元逆幂迭代法并利用特征函数解析表达式已知及一些有效技巧研究了可以精确有效地求解具有任意张角、多种不同材料及不同边界条件的反平面切口问题的完备特征解的求解方法。     

跨音涡轮叶栅底压的无粘模型

本文提出一个无粘的底部压力模型。证明了在给定反压的情况下,超音出口的涡轮叶栅的叶片尾缘的底压以及叶型损失可由该模型确定。与无粘的流场计算相结合,可用该模型计算二维叶栅的底压。对模型的参数研究表明:具有正曲率的喉道下游叶背型面将有利于减少损失;而出口为音速时流动则最为不利。     

反平面弹性中边缘内分叉裂纹的奇异积分方程解法

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解反平面弹性中半平面边缘内分叉裂纹问题。提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的半平面中单裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成。将半平面边缘内分叉裂纹问题看作是许多单裂纹问题的叠加,建立了以分布位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程组。然后,利用半开型积分法则求解奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子。文中给出两个数值算例的计算结果。     

透平叶栅跨音速流动计算中的新型有限元法

将Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法和多级有限元的思想结合起来，构成了在收敛速度和稳定性两方面均较好的新型有限元算法：多级广义有限元。利用这一方法，分别基于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｅｕｌｅｒ方程，研究了透平跨音速叶栅无粘流动和粘性流动，并将计算结果与实验结果作了比较。计算结果表明，本方法是透平机械内部跨音速流动计算的强有力的手段。     

半平面多边缘裂纹反平面问题的奇异积分方程

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解弹性范围内半平面多边缘裂纹的反平面问题．提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的单边缘裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成．将半平面多边缘裂纹问题看作是许多单边缘裂纹问题的叠加,建立了一组Cauchy型奇异积分方程．然后,利用半开型积分法则求解该奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子．最后,给出了几个数值算例．     

跨音速翼型反设计的一种大范围收敛方法

求解跨音速翼型的反设计问题时,传统的梯度型方法一般均为局部收敛. 为增大求解的收敛范围,依据同伦方法的思想,通过构造不动点同伦,将原问题的求解 转化为其同伦函数的求解,并依据拟Sigmoid函数调整同伦参数以提高计算效率,进而构造 出一种具有较高计算效率的大范围收敛反设计方法. 数值算例以RAE2822翼型的表面压力分 布为拟合目标,分别采用B样条方法, PARSEC方法及正交形函数方法等3种不同的 参数化方法,并分别以NACA0012, OAF139及VR15翼型为初始翼型进行迭代计 算. 计算结果证明,该方法适用于多种参数化方法,且具有较好的计算效率,从多 个不同的初始翼型出发,经较少次数迭代后, 均能与目标翼型很好地拟合,是一种高效的大范围收敛方法.     

振动叶栅非定常气动力的数值分析及应用

利用双时间方法结合运动网格求解Navier-Stokes方程，完成了振动叶栅非定常气动力的数值分析。运用流动显示和频谱分析技术，研究了振动叶栅非定常绕流与气动力的特征。根据能量法原理，对振动叶栅的气动弹性稳定性进行了分析。     

力学学报1983年分类目录

流体力学平面跨音速叶栅的正、反混合问题············……,二!’’……沈孟育马远乐l(1)球形粒子的热致迁移及各跳跃系数对适应系数的依赖关系······……沈青l(7)非牛顿流体的一些本构方程·············································……陈文芳l(16)论对数律和K泛rm如常数············································,……周祖巍l(27)三重介质裂一隙油藏中的渗流问题·······················…