CFD方法在流体机械设计中的应用

为了计算低速到超音速的无粘和粘性流动 ,综合CFD方法当前的研究成果 ,编制了CFD通用程序并且应用于流体机械的分析与设计。几个实例表明 ,该程序是有效的 。

离心叶轮内三维湍流流场的LDV测量

应用激光多普勒测速仪和旋转编码器实现了对后弯闭式离心叶轮内三维湍流流场的测量。较详细地描述了设计工况下回转流面上主流速度的分布特点 ;绘出了径向流面上速度矢量分布图 ,结果表明在旋转流场中 ,流体粘性对气流方向具有不可忽视的作用 ;实验测量还得到了在曲率和旋转因素的综合作用下 ,流道中部和出口处产生的由强到弱的二次流涡 。

高压离心压缩机轴向推力计算

详细分析了离心压缩机轴向力的组成，建立了离心叶轮外侧间隙内泄漏气体流动的计算模型，采用了低Ｒｅ数ｋε模型，用ＳＩＭＰＬＥＣ方法求解控制方程．对１台离心压缩机的轴向力进行了计算，结果令人满意．

非设计工况下离心叶轮内湍流场的LDV测量

利用激光多普勒测速仪(LDV)对后弯闭式离心叶轮内部气流在非设计工况下的流动进行了实验测量。对比描述了大于和小于设计流量时叶轮流道回转流面上主流速度的分布特点,径向流面上的速度矢量图更清晰地说明了不同进口条件导致流道内气流流动产生分离的位置、强度以及发展的差异。二次流矢量图表明流量的改变影响了离心力和哥氏力在流动中的作用,导致在垂直于主流方向引起截然不同的二次涡旋流动。

离心叶轮内三维湍流流场的数值计算与实验比较

采用高阶各向异性k -ε模型 (MAKE)和标准k -ε模型 (SKE)对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算 ,并与采用LDV测量系统测得的实验结果进行了比较 ,结果表明 :两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化及二次流动现象 ,但由于SAKE模型考虑了旋转和曲率在流动过程中的影响 ,故在气流的分布趋势 ,流动方向的变化等方面 。

NS方程的非结构化网格方法及其差分格式

采用同位非结构化网格上的有限体积法，对ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程的ＳＩＭＰＬＥ 算法及差分格式进行了研究．提出了适用于非结构化网格的不用求解单元顶点变量值的二阶混合差分格式．该格式的优点在于：１） 减少了计算工作量；２） 避免了普通混合差分格式因使用简单的一阶迎风差分格式所引起的网格界面方向相关性的问题．最后，采用三角形网格，利用提出的方法及差分格式，对方腔内的驱动层流及绕翼型湍流进行了数值计算。

三维强弯管内湍流场的数值分析

应用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩、时均ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ方程和Ｋε湍流模型方程，对Ｔａｙｌｅｒ实验弯管内的三维湍流场进行了数值分析，数值计算结果与文献中的实验结果吻合．

旋转离心叶轮内湍流的非结构化网格数值计算

给出了同位非结构化网格数值求解旋转离心叶轮内湍流流场的ＳＩＭＰＬＥ算法。网格划分采用改进的阵面推进法。控制方程采用通用的对流扩散方程并利用有限控制容积法离散。湍流模型采用标准的ｋ－ε模型。形成的代数方程组用带有预条件器的共轭梯度平方法（ＣＧＳ）求解。最后利用所给出的算法对一实验用的旋转离心叶轮进行计算。计算结果和实验数据基本相符，说明该算法合理，编程正确，可作为流场预测的理论工具。

矩形蜗壳内三维紊流场的热线测量

在３个不同流量工况，对矩形蜗壳内三维紊流流场进行了测量。结果表明，在矩形蜗壳进口突变截面两侧壁的角区存在有回流区。在回流区中紊动能和雷诺应力明显大于中间截面主流区中的值。随着试验流量的增加，回流区减小，紊动能和雷诺应力很快下降。在同一流量工况，随着半径增加，紊动能和雷诺应力减小。在蜗壳圆周方面的不同横截面上存在有大旋涡，气体在蜗壳中按螺旋管线运动。

不同工况对离心叶轮内部流场特性影响的实验研究

利用激光多普勒测速系统 (LDV)在设计和非设计等 3种工况下对后弯闭式离心叶轮内部气流流动的影响进行了实验测量。利用测量数据对比描述了不同流量下流道出口主流速度分布的特点。径向面上的速度矢量图说明了不同进口条件下流道内气流流动产生分离的位置、强度以及发展。

亚、跨、超音速及不可压流动的数值分析方法的研究

为了对亚、跨、超音速及不可压无粘流动进行数值模拟 ,将 L U- SGS方法与预处理方法结合 ,给出了 PL U- SGS方法。方程离散基于有限体积法 ,采用高阶精度 AUSMPW格式。方程求解采用了特征边界条件。通过典型算例的数值试验对比分析 ,表明 PL U- SGS方法可以有效地对亚、跨、超音速及不可压流动进行数值模拟 。

利用非结构化网格方法对翼型绕流的数值研究

利用同位非结构化网格上的压力加权修正算法 ,对翼型湍流绕流进行了数值分析。详细地给出了一孤立翼型在不同攻角下的分离流结构及翼型表面压力分布 ,为了显示非结构化网格方法在求解多连通流动区域的优越性 ,对双翼型绕流进行了数值计算。在数值分析中 ,对阵面推进法进行改进来生成三角形网格 ,采用有限控制体方法直接在物理空间中的非结构化网格单元上离散 Navier- Stokes方程及 k- ε方程 ,形成的代数方程组通过预条件矩阵共轭梯度平方法求解。计算结果表明 :当流动为附着流时 ,计算结果与实验值吻合程度令人相当满意 ;而在分离区内 ,计算结果与实验值存在一定的误差 ,需对分离区内的湍流模型做进一步的改进。

离心压缩机系统喘振的实验研究

在一个小型低压离心压缩机喘振实验台上，针对不同储气槽容积、不同转速和不同阀门开度的各流量工况，对离心压缩系统的喘振现象进行了观察。介绍了使用示波器观察热线信号判断系统中倒流发生的方法，可用于实时地监测深度喘振的发生，同时，还对各种工况下的喘振形态及性能变化进行了实验观测。

带前置诱导轮离心泵的汽蚀可视化实验研究

借助可视化实验装置对离心泵和诱导轮内部汽蚀空泡的产生和发展情况进行了观测。实验发现，随着流量的增大，离心泵内汽蚀空泡区受离心力作用会逐渐向下游移动，极易造成流道的阻塞，这将对泵的性能产生较大影响。诱导轮中的汽蚀空泡被压控在轮缘和前缘附近，对流道内部的流动影响较小。轴流诱导轮内的汽蚀发展情况揭示了其具有较高杭汽蚀能力的机理。

LU-AUSM^+混合格式在三维可压缩流动数值分析中的应用

将一维AUSM+ 格式扩展到三维任意曲线坐标 .为了获得高阶精度 ,采用了三阶MUSCL格式 .将AUSM+ 格式与LU SGS格式结合 ,对凸包通道跨音速无粘流动、平面叶栅跨音速和超音速无粘流动 ,以及喷管超音速粘性流动进行了数值模拟 .计算结果与文献计算结果和试验数据相符很好 .

利用修正低雷诺数k-ε模型对管道分离流动的数值研究

采用适合于分离流的修正低雷诺数ｋ－ε模型对突扩园管中的流动进行了数值研究，重点是对近壁流动和再附着点附近流动的研究。从理论上证明了所采用的湍流模型既满足近壁渐进行为，又避免了在通过再附着点截面上μｔ恒为０的困难。和已有的实验数据比较表明，所采用的模型对再附点位置及其附近的流动预测能力优于普通低雷诺数ｋ－ε模型。

基于预处理方法的流动数值分析

以预处理方法为基础 ,采用了有限体积法 ,并将高精度高分辨率迎风格式与隐式时间推进法 LU- SGS格式结合 ,对低速到超音速范围内的流动进行数值分析。为了提高 AUSMPW+ 格式的计算精度 ,采用了三阶 MUSCL格式。为了验证本文方法对低速到超音速范围内的无粘和粘性流动的数值分析效果 ,对几个典型算例进行了数值试验。本文的数值结果与文献计算结果和实验数据基本一致 ,表明本文方法可以有效地对低速到超音速范围内的流动进行数值分析。

LU-AUSMPW混合格式在可压缩无粘和粘性流动数值分析中的应用

本文首先将 AUSMPW格式与三阶 MUSCL格式融合 ,给出了其在任意曲线坐标下的三维形式 ,并将其与 LU-SGS格式结合 ,应用于可压缩 Euler和 Navier-Stokes方程的求解。其次 ,构造了一种新的通量限制器。最后 ,为了验证 LU -AUSMPW混合格式的性能 ,将平面叶栅跨音速无粘流动以及喷管超音速粘性流动作为算例。本文计算结果与文献计算结果和实验数据相符很好 ,表明采用 LU-AUSMPW混合格式数值模拟可压缩流场 ,具有较高的计算精度。

深度喘振倒流在离心压缩机系统中的发生特征

建立了一个低压离心压缩机喘振实验台，使用热线风速仪等动态测试手段在级出口管段及储气槽部位，对各流量工况下的喘振脉动波形进行了测量，观察了喘振发生倒流的部位及特点，从而解释了深度喘振倒流的发生机理。同时也证实在深度喘振工况下，气流的可压缩性是非常重要的流动特征。

高分辨率激波捕捉格式及其CFD应用

在曲线坐标下将高分辨率AUSMPW激波捕捉格式扩展到三维问题 .为了提高计算精度 ,采用三阶MUSCL格式 .将AUSMPW格式与隐式时间推进法LU SGS方法结合 ,应用于可压缩无粘和有粘流动的数散模拟 .计算结果与文献中计算结果和实验数据相符 ,并将该格式与CD、TVD。