冯玉红[1]2003年在《叶轮机械二维平面叶栅湍流流场数值分析》文中研究说明本文给出了二维任意曲线坐标系下，以压力为主要求解变量对不可压缩Navier-Stokes方程进行数值求解的方法。主要应用SIMPLE方法。 采用非交错网格布局，将所有变量存储于同一主节点上。在非正交曲线坐标系下进行求解。文中选用笛卡尔速度分量作为动量方程的求解变量，可以最终简化离散方程的形式，并保证方程的守恒性。 为了消除采用非交错网格布局时出现的压力场的非物理性振荡现象，本文采用Rhie和Chow提出的“动量插值”的方法。本文还对对流-扩散项几种常用的差分格式进行了比较。 文中应用标准k—ε湍流模型来进行湍流的模拟。 讨论了几种网格生成的方法，对微分方程法的控制方程进行了详细的推导，并运用代数方法生成叶栅流场的网格。 采用本文的SIMPLE方法，对叶栅流场进行了数值计算，计算结果与一些实验数据及文献中的结果基本上相符。
连洁[2]2006年在《跨音速平面叶栅湍流流场数值计算方法的研究》文中研究表明本文采用了求解压力速度耦合的SIMPLE算法,以压力为主要求解变量对Navier-Stokes方程进行数值求解。在二维任意曲线坐标系下,详细推导了流动控制方程和压力修正方程的离散方程,在此基础上编写了平面叶栅湍流流场的计算程序。 本程序建立在完全守恒结构化的有限体积框架上,采用非交错网格布局,将所有变量存储于同一主节点上。选用笛卡尔速度分量作为动量方程的求解变量,易于简化离散方程的形式。 为了消除采用非交错网格布局时出现的非物理性压力振荡现象,文中采用Rhie和Chow提出的“动量插值”的方法。 文中选用标准κ-ε模型来进行湍流流动的数值模拟,在固体壁面处采用了壁面函数法来进行边界条件的处理。 为了提高计算精度,纳入了高阶精度的QUICK格式,CUI格式,和具有TVD特性的MUSCL格式,均通过在一阶迎风格式的基础上引入附加源项的方法来实现。 采用本文编制的程序,主要针对可压缩的双圆弧平面叶栅应用以上的几种格式在不同网格下进行了数值模拟。计算结果与一些实验数据及文献中的结果符合较好。
龙双喜[3]2005年在《基于SIMPLE方法的平面叶栅湍流流场数值模拟》文中研究表明本文给出了二维任意曲线坐标系下,以压力为主要求解变量对Navier-Stokes方程进行数值求解的方法,主要应用SIMPLE方法。并编制了二维叶栅湍流流场计算程序。 本程序建立在完全守恒结构化的有限体积框架上,采用非交错网格布局,将所有变量存储于同一主节点上。为了消除采用非交错网格布局时出现的非物理性压力振荡现象,本文采用Rhie和Chow提出的“动量插值”方法。 程序应用标准k-ε湍流模型来进行湍流的模拟,延迟密度被用在可压缩流动的计算中。 针对计算高精度需要,纳入了适合非均匀网格、采用附加源项实现的QUICK格式。 采用本文编制的程序,分别对不可压缩和可压缩叶栅流场进行了数值计算。计算结果与一些实验数据及文献中的结果相符较好。
李大春[4]2017年在《前缘造型对跨声速压气机平面叶栅气动性能影响的数值研究》文中认为燃气轮机技术对国家经济发展和国防力量提高具有重要战略意义,其发展对压气机负荷提出了越来越高的要求,同时也推动了压气机叶型研究的发展。压气机叶片前缘作为叶片表面边界层的起始位置,前缘几何形状改变将会影响整个流道流场分布,合理的前缘处理可以有效控制流动分离,改善流场结构,提高压气机工作性能。本文以DMU37动叶根部5%叶高典型截面叶型为研究对象,通过实验数据标定数值模拟软件FLUENT,对原型及前缘切削后叶栅进行详细数值研究,通过分析流场总压损失系数、静压系数、马赫数等参数分布,探究叶片前缘造型对跨声速压气机平面叶栅内部流动特性及损失机理的影响,寻求有益造型方向,为进一步前缘流动控制技术和必要实验奠定基础。首先,对研究叶型进行了网格无关性验证,并在此基础上与实验数据对比,保证计算方法准确性可靠性。然后,对原型叶栅流场进行数值模拟分析,结果表明随着进口马赫数增加,叶栅扩压能力增强,流动损失增加,可计算冲角范围变窄。负冲角下流动状况较好,随着冲角增加,前缘鞍点位置提前和偏移,逆压梯度增强,端部角区分离区域增大,损失增大。最后,在不改变原型叶栅弦长前提下,采用一种叶片前缘径向参数造型方法,在不同来流条件下与原型叶栅流场进行分析对比,结果表明:前缘切削后叶栅出口流场总压损失增加,静压比增加。其中端部区域低能流体团减小,前缘逆压梯度和角区分离变弱,气流转折能力增强,流动损失变小,中间高度位置总压损失增加。前缘切削后正冲角可计算范围由+4°增加到+6°,但切削深度不宜过大;在此基础上改变径向切削高度及端壁保留长度,发现切削高度不影响总压损失优化转折点,较大切削高度、较小端壁保留长度对叶栅流场优化效果最好。与较高来流马赫数相比,不同切削方案在较低来流马赫数下效果更好。
刘玉娥[5]2008年在《氦气与空气平面叶栅相似性的初步研究》文中研究说明随着社会的发展,能源问题日趋重要,核电的优势越显清晰。在高温堆发展中,气冷堆具有比压水堆安全性能高的优点,又因气冷堆冷却剂工质温度较高,采用闭式气体透平循环代替传统的开式蒸汽透平循环,以氦气作为冷却剂,用其直接驱动氦气透平机组发电,形成直接循环以实现高效率发电,成为了目前国际上高温堆技术发展的热点。目前所见文献基本是从整机角度谈论氦气透平,以空气透平为母型进行设计或计算。而氦气的基本流动特性和氦气的叶栅特性,却是氦气压气机设计基础。本文以叶型为NACA 65-(12A_(10))10的亚音速压气机叶栅作为研究对象。采用商用CFD软件Fluent进行数值模拟计算。本文首先对数值计算软件进行了验证,并针对计算结果比较了相同流动条件下氦气及空气叶栅特性的相同和不同点。并根据氦气及空气叶栅特性的分析结果,针对空气和氦气两种不同工质在压气机平面叶栅中的流动,推出了相似律。通过相似性分析及CFD软件计算,验证空气叶型在氦气压气机设计中的可用性,以及在氦气压气机设计中对已有的空气平面叶栅吹风试验结果的应用的实际操作性。结果表明,在氦气透平设计中采取空气叶型,并利用相似律应用空气平面叶栅的试验数据进行氦气叶栅的选择和设计是可行及经济的。然而,在将来进一步的理论和数值研究中,实验研究,特别是氦气叶栅的实验研究是必不可少的。
崔响[6]2018年在《梯形周向槽机匣处理优化方案的数值研究》文中认为在压气机的整个转子通道中,叶尖区域的流动结构最为复杂,对压气机的压比、效率以及稳定性等的影响也最大,进而对发动机的性能影响最大。近些年来,对叶顶间隙流动损失的研究一直是众多国内外学者的研究热点和难点。机匣处理技术作为一种应用广泛并且简单有效的流动控制手段,因其能够扩大压气机稳定工作裕度以及有效地改善压气机的整体性能,已经广泛地应用到了燃气轮机领域。本文以跨声速压气机Rotor 37转子为数值模拟基础,建立不同组合形式的梯形周向槽机匣处理叁维模型,以提高发动机的稳定工作裕度为目标,探寻最佳处理机匣,进一步研究机匣处理对叶顶间隙流场的影响。本文使用计算流体力学商用软件NUMECA,采用Spalart-Allmaras单方程湍流模型对Navier-Stokes方程进行计算,通过设定进口总温,总压以及出口背压,得出数值模拟结果。通过对Rotor 37转子数值模拟结果的分析可以发现:叶顶泄漏涡经激波干扰后破碎形成的大块低速流团将直接影响转子的正常工作,从而造成失速等不良后果。加装组合型梯形周向槽处理机匣后,转子叶片两侧的压力分布存在显着变化,泄露涡的驱动力明显减弱,泄露涡核位置发生了偏移、强度减弱、影响范围变小,叶栅通道的堵塞情况也有所缓解,从而使其稳定工作裕度得到大幅提升。本文所选用的组合型机匣处理方案中,最佳优化方案综合稳定裕度由9.65%提高到了17.42%,共提升7.77%,而效率只下降了1.07%。
孟晓波[7]2013年在《尾迹对压气机叶栅流场影响的数值分析》文中研究表明压气机是航空发动机的核心部件,压气机的发展一定程度上制约了航空发动机的发展。高负荷的压气机是高效航空发动机的必然配置。然而高负荷也意味着叶片表面流动更加容易分离。而流动分离则会造成能量损失，使得压气机达不到预定的目标。大小叶片、串列叶栅、表面吹吸气、处理机匣、处理轮毂等用来减少流动分离提高叶片负荷的相关技术被发明和应用。射流和声激励等非定常手段也能够有效的抑制边界层分离，而压气机中转、静子叶栅交错分布相互运动，非定常尾迹成为压气机内天然的激励源。合理利用尾迹能够使压气机级的性能提升。尾迹对下游叶排的影响，对叶片表面边界层发展的抑制都是压气机非定常问题的重要研究方向。本文通过数值模拟的方法来研究尾迹对压气机叶栅流场的影响。主要研究的是动叶尾迹对下游静子叶栅流场的影响。通过用同等阻力的可移动圆柱尾迹来代替真实旋转叶片尾迹，研究尾迹对下游叶栅流场影响。本文主要研究了以下几种情况：1、不同级间轴向间隙。尾迹由于级间轴向间隙的改变，使得其在静叶栅扩压通道中产生不同的影响。2、圆柱尾迹发生器运动速度不同时。由于运动圆柱速度的不同，致使尾迹入射角改变，使尾迹的方向从射向叶片压力面变为射向叶片吸力面。从而影响到叶片表面边界层，计算圆柱运动速度对边界层特性的影响。3、当以上几种参数改变时，计算静叶栅的总压损失及转折角，从而判定那些是有利的，那些是有弊的。通过本文的研究发现尾迹对下游叶栅的影响与轴向间隙和尾迹入射角相关，当尾迹从叶片压力面射向吸力面时，使得叶片表面边界层分离延后。轴向间隙大小和圆柱运动速度同时影响下游叶栅的效率。合理利用尾迹的非定常特性能促进压气机性能提高。
赵长宇[8]2009年在《先进压气机叶栅流场试验与计算分析》文中指出本文通过将风洞试验与计算机数值模拟相结合的方法,对某平面叶栅流场进行分析,为深入研究平面叶栅流场寻求一种新的研究方法。首先,使用某生产性平面叶栅风洞对一组先进叶栅在多个攻角、速度下进行试验,得到不同试验状态下叶栅流场数据,对此试验数据进行处理,分别得到平面叶栅在单个试验状态下的流场参数分布和多个试验状态下的叶栅参数曲线,并将此试验数据作为叶栅性能参数基准。使用Fluent软件中不同的数值计算方法和流动模型,分别选择基于压力的求解方法和基于密度的求解方法结合S-A湍流模型、SST k-ω湍流模型和Std k-ω湍流模型,对该叶栅各攻角、速度状态下的叶栅流场进行数值计算,并将计算结果与叶栅试验数据进行关键参数对比,如损失系数、出口马赫数、出气角度等,找到在各状态下与试验数据均符合良好的数值模拟计算模型。并分别讨论试验和数值模拟结果在不同条件下的误差范围及可信度。根据数据分析得出的结果认为,在设计攻角附近,使用基于压力的Simple求解方法和S-A湍流模型计算得出的叶栅流场模拟结果与试验数据符合最为良好,Simple S-A模型的模拟结果中损失系数、出口马赫数、出气角度等参数的误差范围分别为2.5%,1.5%和1.5度左右。在叶栅偏离设计攻角时,使用Simple SST k-ω模型计算效果相对较好,但误差相对较大。此量化的误差分析结果,不仅为叶栅计算模型在工程上的应用指明了可信区间,而且可通过该数值计算结果对试验中无法直接观测的流场现象进行补充解释,取得对平面叶栅流场的深入认识。
李秋锋[9]2016年在《针对一种无源双脉冲射流的机理研究》文中指出随着高性能航空发动机需求凸显,高负荷压气机的研制势在必行,内流的非定常分离影响高负荷压气机的性能,严重的甚至威胁压气机整机工作稳定性。目前主动流动控制的研究依然无法明确阐释非定常流动控制机理,主动控制方法对于流动分离的控制效果有待提高,激励器难以广泛的适用于压气机各工况。本文以无源双脉冲射流为研究对象,数值模拟研究控制规律,通过FFT-POD方法分析流场控制机理,并在平面叶栅中作以验证。主要工作及结论如下:1、在分离点附近区域沿流向分布两个射流孔,将单射流流量等分于双脉冲射流实现非定常数值模拟,对比单、双脉冲射流控制效果,通过涡量云图、流量波动特性、相关系数分析等获得双脉冲射流有效的控制机理。2、对主要影响双脉冲射流控制效果的激励频率、相位差进行规律研究,获得了折合频率为1、相位差为0时控制效果最优的结论,同时通过局部区域波干涉解释相位差变化规律的机理,并作以验证。3、发展FFT-POD方法分析非定常流场各尺度涡系结构运动规律,获得了各阶时间模态系数主频近似线性增大的结论,同时指出非定常激励促使流场绝大部分能量处于共振状态,主要为第1阶模态代表的平均流和第2、3阶模态代表的大尺度涡系结构,指出共振能量在向小尺度涡系结构传递中存在衰减,共振无法主导所有涡系结构的变化规律。4、通过能量谱差的概念指出,非定常激励促使流场中广泛存在的流体微元的旋转运动获得加强,流场的平直流运动减弱,此为非定常激励扰动流场促使能量交换引起,同时更多动能集中在大尺度涡系结构。5、双脉冲射流对平面叶栅的控制效果规律与对扩压通道的相近,其规律及流场分析分别验证了双脉冲射流控制流场分离的有效性和参数规律解释的合理性,此外,部分结果验证双脉冲射流削弱控制效果对于射流速度的依赖。
姜沃函[10]2012年在《涡轮叶栅顶部间隙泄漏流动的试验及数值模拟研究》文中进行了进一步梳理燃气轮机利用矿物质燃料中的化学能转变为高温燃气的热能,再经高温高压燃气透平将热能转变为机械能和电能的动力装置,燃气轮机被广泛应用于国民基础经济中的各个领域。本论文运用数值模拟和试验相结合的方法研究了平面叶栅间隙流动,着重分析了带围带叶栅的气动性能。分别对无间隙原型叶栅；0.5%叶高、1%叶高间隙无围带叶栅；0.5%叶高、1%叶高、1.5%叶高间隙带围带叶栅,在+10、0、-10攻角下距尾缘出口32mm、36mm、40mm叁个截面的上总压损失系数、出口偏转角分布进行了试验测量。另外,叶片表面上布置了44个测量叶片静压的测量孔。并且运用CFX数值计算软件,对试验模型逐一进行验证,数值模拟结果与数值模拟结果吻合较好,证实了试验测量的规律性和准确性。通过对无围带和带围带平面叶栅不同间隙下气动性能的试验结果和分析,发现有间隙情况下,由于压力面和吸力面之间静压差作用,工质由叶片压力面流向吸力面,流出间隙后受切向负压力梯度作用而形成间隙泄漏涡。叶顶间隙泄漏涡在轴向方向逐渐向下游发展,影响范围渐渐扩大,强度减弱。并且与上通道涡互相作用,加大损失。而随着间隙高度的增加,加速通过间隙的工质急剧增多,导致间隙泄漏涡系在节距和径向方向上得影响范围都有大幅度的增加。并且强度也有明显的加强,致使上通道涡受迫向叶片中部移动。间隙流动损失也随着间隙高度的增加而呈线性增长趋势。带围带叶栅相对于不带围带叶栅总压损失明显减小,间隙泄漏涡消失,仅仅在靠近叶顶部分出现一片条状高损失区。随着间隙高度的增加叶顶间隙泄漏量逐步加大,在间隙高度为0.5%叶高、1%叶高时泄漏量的增加是缓慢的,伴随着间隙高度的继续增加,1.5%叶高间隙时泄漏量徒然加大,损失大大高于0.5%叶高和1%叶高。无围带和带围带情况下,进气冲角i=-10°时流动损失最小,叶栅尾缘截面气流转折角分布最为均匀,随着进气冲角的增加,流动损失随之增加,但增加的幅度带围带叶栅没有无围带情况下增加的剧烈。在进气冲角i=+10°时无围带叶栅尾缘截面气流转折角比较均匀,与i=-10°时变化不大。
参考文献：
[1]. 叶轮机械二维平面叶栅湍流流场数值分析[D]. 冯玉红. 西北工业大学. 2003
[2]. 跨音速平面叶栅湍流流场数值计算方法的研究[D]. 连洁. 西北工业大学. 2006
[3]. 基于SIMPLE方法的平面叶栅湍流流场数值模拟[D]. 龙双喜. 西北工业大学. 2005
[4]. 前缘造型对跨声速压气机平面叶栅气动性能影响的数值研究[D]. 李大春. 大连海事大学. 2017
[5]. 氦气与空气平面叶栅相似性的初步研究[D]. 刘玉娥. 哈尔滨工程大学. 2008
[6]. 梯形周向槽机匣处理优化方案的数值研究[D]. 崔响. 沈阳航空航天大学. 2018
[7]. 尾迹对压气机叶栅流场影响的数值分析[D]. 孟晓波. 沈阳航空航天大学. 2013
[8]. 先进压气机叶栅流场试验与计算分析[D]. 赵长宇. 沈阳航空工业学院. 2009
[9]. 针对一种无源双脉冲射流的机理研究[D]. 李秋锋. 南京航空航天大学. 2016
[10]. 涡轮叶栅顶部间隙泄漏流动的试验及数值模拟研究[D]. 姜沃函. 大连理工大学. 2012