叶轮与叶片扩压器相干非定常流动的数值模拟

本文采用了不对粘性项作任何近似的时间倾斜算子,来处理转子和静子栅距不相等时的周期性边界条件施加时所出现的问题。对某一离心压缩机进行了非定常的数值模拟,并把其结果同实验测量数据和商用软件的结果进行了比较。结果表明两种非定常计算方法比定常计算结果更接近于实验测量值,定常的计算结果在某些测量平面上不能充足地预测出流场结构,本文所发展的时间倾斜算子的计算程序在总体上同实验测量结果吻合最好,应用其能很好地预测离心压缩机级的非定常流动。     

可压缩平面混合层稳定性数值计算

通过高阶差分求解三维可压缩稳定性方程，数值研究了时间发展可压缩平面混合层的稳定性特征。以对流马赫数为压缩性参数，以Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数为粘性参数分析了二者对计算流场稳定性的影响。比较了二维和三维，无粘和粘性扰动波等情况。部分计算同相关文献进行了对比，取得了一致的结果。     

振动叶栅中三维振荡粘性流场的压力密度消去法

1前言三维非定常流场的求解是目前国内外的一个热点研究课题山。文献［2］完成了三维可压非定常欧拉流场的求解,这一方法在求解三维非定常欧拉流场时,应用了四阶fringe－Kutta方法对控制方程进行积分,用中心差分进行空间离散,采用了四阶人工粘性项来保证计算格式稳定,计算稳定性要求严格,时间步长不能大,计算时间长。本文从非定常三维粘性N－S方程组出发,通过合理的数学方法,消去压力及密度项,得到只包含振荡速度矢量项对空间的偏微分方程组,在已知定常速度场后,这一方程组很容易求解。2基本方程在以角速度为n作旋转的相对坐…     

叶栅内定常及非定常粘性流动数值模拟

本文给出了一个模拟叶栅内准三维定常和非定常粘性流动的数值方法。对于定常流动,采用ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式和代数湍流模型求解雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,使用当地时间步长和多网格技术使计算加速收敛到定常状态;对于非定常流动,使用双时间步长和全隐式离散,采用与求解定常流动相似的多网格方法求解隐式离散方程。文中给出了ＶＫＩ透平叶栅内的定常流结果和１．５级透平叶栅内的非定常数值结果。     

二维可压缩流体力学Lagrange有限点方法

提出二维可压缩流体力学问题的拉格朗日有限点方法,将求解区域离散为适当的点集.在每个时间步,每个离散点与其周围适当的五个邻点组成一个基本计算单元.在每个计算单元上,利用有限点方法中的典型微分算子的五点近似公式直接离散流体力学方程中的微分算子,并在每个方程中加上一个人为拉普拉斯粘性项,达到稳定格式的目的.给出时间步长的自动选取算法.数值算例结果验证了算法的有效性,初步展示了其计算大变形流体问题的良好发展潜力.     

二维泊松方程的遗传PSOR改进算法

针对二维泊松方程在实际应用过程中几种常用方法存在计算量大、易发散、局部收敛等不足,提出了一种改进算法.该算法基于并行超松弛迭代法,采用遗传算法对松弛因子进行全局寻优,解决了超松弛迭代法求解泊松方程时最佳松弛因子难以确定的问题.构建了多目标适应度函数,优化了遗传算子参数,分析了算法的计算量、计算时间与误差精度,与传统方法进行了对比研究.结果表明:松弛因子对泊松方程求解的速度与精度影响显著;改进算法能减少迭代次数,节省计算时间,加快方程的求解;算法适合于求解计算量较大、精度要求较高的时域有限差分方程,而且精度要求越高,算法的性能越好,节省的时间也越多.     

跨音速叶栅流场计算的多网格法

本文是对多网格法应用于求解Euler方程的探讨,文中以MacCormack显式两步差分格式为基础,提出了一种简单的求解积分型Euler方程的多网格算法,阐述了这种方法的基本思路,研究了稳定条件和一种新的人工粘性形式.文中还进行了几种跨音速涡轮叶栅流场的计算,用以说明多网格法在缩短计算时间上的效果。     

复杂几何边界三维粘性内流问题的计算方法及算例

一、引言 本文企图发展一种能够计算具有复杂几何边界三维粘性内流问题的通用方法,为深入研究叶轮机械内部流动损失机理打下一定的理论基础。为此,本文首先对求解三维粘性流动问题的数值方法进行了探讨,发展了以速度逆变分量为求解变量,在任意非正交曲线坐标系下求解三维定常不可压缩时均N-S方程以及K-ε双方程紊流模型方程的有效数值方法。然后利用本文作者提出的计算三维内流问题的通用附体坐标系,完成了一套计算三维粘性内流问题的通用方法和计算机程序。为检验本文发展的数值分析方法的通用性和精度,对几种不同的流动问题进行了计算,结果令人满意。     

钝锥绕流流动稳定性分析与转捩预报

研究了超音速钝锥绕流的稳定性和转捩点预报的数值计算方法,首先采用Euler方程求解钝锥绕流基本流场,用所得到的物面压力分布作为粘性边界层的外缘压力分布,给出了基本流场的初值;然后应用反迭代法与边界层渐近匹配的方法求解了钝锥边界层的稳定性方程,得到了钝锥边界层转捩数据.该方法可提高计算精度,节约计算时间.     

数值求解Navier-Stokes方程的一个新的系数矩阵分裂法

在一个单步格式的基础上构造了一个新的隐式系数矩阵分裂法来数值求解可压Navier-St-okes方程。对方程中的无粘项部分利用守恒型方程中流通量向量为一齐次函数这一特性,根据Jacobian矩阵特征值的符号而将流通向量分裂成两部分。在此基础上据风向而构造逼近于无粘项的差分格式。对方程中的粘性项部分利用算子附加修正的方法来改进计算的收敛过程。所建立的差分格式被用来数值求解Couette流以考查这一方法。     

叶片安装角对动/静叶排内部非定常流动的影响

采用所发展的滑移界面技术及非定常数值方法，计算了给定流量下不同扩压器叶片安装角时，离心式回转动／静相干叶排内部非定常流动．详细分析了扩压器叶片安装角对扩压器进、出口处非定常流动的影响．     

低速离心压气机的全工况数值模拟和校核

本文选用不同的计算模型和网格数目在全流量域对NASA低速离心压气机进行了数值模拟,通过与实验数据的对比检验了计算结果的精度,为具有无叶扩压器结构的低压离心压气机确定了合理的计算方案。同时通过计算结果的观察和对比,分析了小流量下叶轮内部流场的部分变化特征。     

使用确定应力模型研究离心压气机叶片相互作用

离心压气机叶轮和扩压器叶片间空隙很小,在无叶区和半有叶区的流动非定常特性十分明显。特别是离心叶轮出口通常的射流／尾迹流动使得有叶扩压器进口在时间、空间两个尺度上都存在十分强烈的不均匀性。叶轮和扩压器叶片间的相互作用,历来都被认为是影响离心压气机效率和稳定工作范围的重要因素。本文引入确定应力模型和改进的计算域延伸方法,计算了Ｋｒａｉｎ离心压气机组的流场,着重分析了叶轮出口无叶区、半无叶区等叶片间相互作用最强烈的区域的复杂流动现象。     

离心压气机级三元粘性计算

使用叶片排间隙混合平面概念，完成离心压气机级多叶片排三元N-S方程计算。每个动静叶片排内的流动被认为是定常的且由相对独立的程序段进行运算。这样的串行程序很容易被改造为在并行系统上运行的SPMD并行程序。     

有叶扩压器的流场分析

本文利用计算流体力学通用软件了进行离心压气机扩压器的初步设计工作。参照有关文献[1~8]中的设计公式,本文进行了以下几种扩压器的几何造型和数值计算: (1)双圆弧中心线机翼型叶片扩压器; (2)楔形扩压器;(3)用优化程序设计的扩压器,给出了各扩压器造型在给定边界条件下流场的马赫数、静压、总压的分布,计算出各扩压器造型的静压比和总压恢复系数。最后对设计的扩压器与叶轮一起连算,以取得更接近实际情况的计算结果。通过对计算结果进行的分析比较,得到了离心压气机扩压器设计中有价值的初步性结果,为进一步的设计提供了改进途径和相应的基础数据。     

PISO算法在求解方柱绕流非定常尾迹中的应用

应用PISO算法及非交错斜交网格技术,编制了求解二维定常、非定常流动的通用程序。计算分析了定常不可压缩Couette流动以及水平通道内方柱绕流尾迹的非定常流动,并详细分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构及发展过程,得到了合理的结果。验证了非迭代PISO算法及非交错斜交网格在分析非定常流动中的有效性,为进一步开展非定常流动的数值分析奠定了基础．     

Application of pressure sensitive paint measurement to a low-solidity cascade diffuser of a transonic centrifugal compressor

A pressure sensitive paint (PSP) measurement has been known as a pressure field measurement technique based on the oxygen quenching phenomenon of luminescence of specific luminophores. A PSP measurement was applied for pressure field measurement in a low-solidity circular cascade diffuser of a single-stage transonic centrifugal compressor with 5 in pressure ratio for HFC134a gas. The oxygen concentration was about 500 ppm. Ru (bath-phen) was adsorbed on a silica-gel thinlayer chromatography sheet, and the sheet was pasted onto the side-wall between the cascade vanes. A drastic change in luminescent intensity was recognized during a surge condition. Also the pressure variations based on luminescent intensity agreed well with the pressure fluctuations measured using a semiconductor pressure sensor with high-frequency-response. It was shown that a PSP measurement worked well to investigate the unsteady pressure fields in a circular cascade diffuser of a transonic centrifugal compressor. Moreover, the time response of PSP becomes clear as a problem to be overcome for the present.     

离心压气机非定常流动频域特性

以涡轮增压器56 mm离心压气机为研究对象,采用定常流动求解方法,对其三种不同转速下的工作特性进行了预测并与实验进行了对比分析;应用相延迟方法,对高转速近失速点工况下压气机内部的三维非定常流动进行了数值模拟及频谱分析,对叶轮流道、无叶扩压器以及蜗壳内的流动频谱特性进行了初步分析.频域分析表明,对于本文所研究的离心压气机,非定常脉动特性主要表现在叶轮流道中,是诱发压气机气动噪声的主要因素,而在蜗壳内,非定常脉动特性显著减弱.     

高速离心压气机的设计与流场数值计算

介绍了一个带有分流叶片的小流量离心压气机的设计过程,这个叶轮的主要设计参数为流量0.215 kg/s,转速95000 r/min,压比1.8。简要介绍了离心压气机设计系统,其中包括初步设计及优化模块,性能仿真模块,叶轮造型模块。使用三维N-S方程对所设计的离心压气机在设计点的性能进行了计算,计算结果表明所设计的离心压气机基本能够满足设计要求。