用多重网格法数值预测高速离心叶轮三维流场

研究离心叶轮压气机性能优化问题,针对发展迅速、准确预测复杂流动离心压气机的性能设计是非常必要的.传统方法用显式时间推进法效率低、收敛速度慢等缺点,采用隐式残差光顺以及基于变分原理的多重网格方法,具有计算效率高、收敛速度快等特点的数值仿真,采用改进的数值算法对内部三维粘性流场进行了数值仿真,给出了多重网格重数对收敛速度的影响,数值预测了不同流量下的流场流动情况,并与实验结果进行了比较.研究结果表明,多重网格可以有效地加速收敛,数值结果与试验结果吻合较好,改进的数值方法可以较好的预测离心叶轮的性能.     

针栓式变推力火箭发动机内流场数值仿真研究

发动机推力室的工作过程直接影响到发动机的性能,在设计过程中,从理论上分析推力室内的燃烧流动过程具有非常重要.通过数值仿真,可以大大缩短发动机的研制和改进设计周期,减少研制经费.针对自燃推进剂针栓式变推力液体火箭发动机燃烧与流动的特点,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型及有限速率化学反应模型,对采用针栓式喷注器的变推力液体火箭发动机的推力室喷雾燃烧过程进行了数值仿真.计算结果得到了压强分布,温度分布,牛成物的摩尔分数分布,粒子轨迹分布、流强、混合比分布以及流动码赫数分布等,并对流场结构和影响发动机性能的喷注器参数进行了分析.数值计算结果可为变推力发动机喷注器和推力室的设计和优化提供参考.     

S弯进气道内流分离数值仿真

在现代战斗机的发动机问题的研究中,S进气道是现代航空战斗机推进系统的一个重要组成部分,进气道内的流场品质会显著影响发动机性能.由于进气道内部流动的复杂性,为进气道内的流动特性优化和改善畸变问题,采用计算流体力学方法,空间离散格式采用二阶精度的高精度数值格式,应用基于Rhie和Chow法则的压力-速度耦合算法来求解雷诺平均的N-S方程,对S进气道内部流场进行了数值仿真,主要对S进气道内部流场总性能和流场发展细节进行了研究.数值计算结果反映出了流场的基本物理现象:出口气体畸变和气流分离的发展.同时也说明了所采用的研究方法是可行的,并为S进气道内部气流分离控制奠定了理论基础.     

掺混系数对航空发动机整机稳定性影响研究

良好的飞机推进系统要求航空发动机在整个飞行包线范围内都必须有足够的可用稳定裕度,这就决定了航空发动机整机稳定性数值模拟的重要性.为使航空发动机整机稳定性数值模拟计算结果精确度更高,在常用的一维稳定性数值模拟计算模型中加入掺混系数,使得模型能够模拟航空发动机轴向单元体中轴向单元之间的能量交换和动量交换,且对掺混系数对数值模拟结果的影响进行分析研究.结果表明,畸变衰减主要是由风扇和压气机单元引起;风扇和压气机部件单元体的掺混系数对稳定性影响很大,压缩部件附近一般单元体掺混系数对稳定性影响有限.     

静叶装配误差对发动机性能影响仿真研究

针对某型轴流压气机装配时高压第11级静子叶片的缘板与机匣之间有时出现的凸出或凹下的装配误差对发动机推力和耗油率产生的影响,应用NUMECA软件对其进行了三维数值模拟.利用发动机性能计算程序计算分析了由此引起的误差对整个压气机和发动机性能的影响,寻求出静子叶片最佳的装配方式.结果表明:静叶凸出和凹下机匣内流道对高压压气机压比影响较小,但均使效率降低,凸出时对发动机推力和耗油率的影响大于凹下时的影响.建议在工厂装配某型时为降低耗油率尽量减小装配误差,尤其应避免凸出的装配方式.     

小型轴流压气机清洗两相流场的数值模拟

针对某小型航空发动机单级轴流压气机的清洗需求,以数值模拟结合实验的方法对压气机清洗流场的各种参数进行了分析研究.在初步确定清洗方案的基础上,建立了基于S-A湍流模型的离散相数值模拟理论模型,以经验公式估算喷嘴形成的初始液滴分布,并对喷嘴的实验参数进行了校准,最后以CFD软件进行了流场的数值模拟,计算结果表明：清洗液滴不会对压气机的流场产生明显影响,平面扇形喷嘴在该小型压气机上能获得较好的清洗效果.     

基于数据驱动模型的轴流式压气机性能分析

轴流式压气机性能分析通常采用气路分析方法或实验方法进行研究,但是以北京某燃机电厂为例,机组大多在部分负荷下工作,因此采用数学模型法难以准确预测压气机的性能。本文提出基于运行数据驱动,折合到标准工况下,进行修正出力和热耗率的计算,获得压气机的状态。同时基于进气端颗粒物浓度监测装置,计算压气机吸尘量和颗粒物分布,结合已有文献中CFD仿真结果,建立压气机性能分析方法,从而对压气机的健康状态进行全面评估。     

涡轮叶片凸包强化传热的数值仿真研究

为了提高发动机高温涡轮叶片的冷却效率,延长使用时间,通过增强换热技术,采用数值仿真计算方法,在Realizable k-ε湍流模型上对球形凸包壁面的光滑矩形通道进行了换热特性研究,分析了凸包区域流场特性以及导致凸包区域换热增强的机理.在Re=20000 ～60000的范围内比较了三种不同凸包深度的换热性能,研究了凸包深度对换热和流阻的影响,计算结果表明随着凸包深度增加,换热增强因子和流阻增大因子增加,平均综合换热性能也有所增强.计算数据显示Re数对凸包壁面的换热增强因子和阻力增大因子的影响相对较小,对平均综合传热性能的影响也相对较小.仿真结果验证-了仿真模型可为增强换热性能设计提供依据.     

双组元姿控发动机燃烧与传热的数值分析

本文在前人建立的发动机燃烧模型的基础上加入了热传导模型和辐射模型，采用一体化耦合方法对发动机的燃烧和传热进行了分析计算。仿真结果表明，一体化的数值模拟得到了与理论分析相一致的结果，较好的反映了发动机工作状态下内流场和壁面温度的情况，辐射模型的加入。也使我们对小发动机燃烧室内燃气的辐射有了初步的了解。为了更好的对计算结果进行分析，本文还计算了绝热边界条件下发动机的内流场，并将结果与耦合计算情况进行了对比，并估算了发动机外壁面散热对发动机性能的影响。     

基于特性方程的离心压气机的性能仿真

详细分析了空气在离心压气机中的流动机理,基于特性方程建立了一种能够达到设计精度要求的快速简单的离心压气机数学模型,模型中计及离心压气机内出现的各种损失。性能仿真模型具有速度快,适用于大量计算等优点。用Modelica语言和Dymola编译器实现了离心压气机的性能仿真。采用建立的数学模型对Chevis离心压气机的性能进行了模拟,并把仿真结果同实际性能曲线进行了比较。结果表明,采用建立的性能仿真数学模型能够模拟离心压气机性能,并能够实现非设计转速小流量工况下的性能仿真,为设计离心压气机提供了一个有力的工具,具有重要的参考价值。