利用开源CFD程序计算可压缩流场

针对可压缩流动问题,在开源CFD程序OpenFOAM上开发相应的求解程序.采用绝对坐标系下的Favre平均Navier-Stokes控制方程组和标准k-ε湍流模型.数值计算时,对流项和扩散项分别采用二阶精度TVD格式和二阶中心差分离散,求解离散后的方程组采用SIMPLER算法.通过对不同的马赫数下凸包流动和带有湍流模型的平面叶栅流动的计算表明,程序能够有效地模拟可压缩流动的流场.

两级低压压气机湿压缩数值研究

湿压缩技术是目前提高燃气轮机功率与效率、降低污染排放的一种经济有效的手段,其机制研究对改善压气机流场流动状况及充分利用该技术的潜在效能具有重要意义。基于CFD软件平台,选择k-ω湍流模型,利用安托万方程求蒸汽饱和压力,并结合五系数变比热公式求水蒸气比热、焓值与潜热值、熵值,对两级低压压气机进口喷雾湿压缩进行三维数值模拟研究。模拟结果表明,喷雾湿压缩降低了气流温度与比压缩功,提高了压比与流量;同时使得叶片吸力面高能流体区向尾缘方向移动,激发尾缘附近的低能流体层变薄,这有益于减小附面层损失,提高压气机通流能力与压缩效率。

汽轮机除湿级内单相流动数值模拟

为了对某汽轮机除湿级进行设计并优化,针对复杂湿蒸透平的除湿级,对单纯的汽相可压缩流动做了三维数值模拟,并进行详细的流场分析,研究了复杂三维除湿结构的单相气动性能.该除湿级在动叶片的吸力面上从50%叶高至叶冠开有7个除水沟槽,叶片顶部带有草帽型围带(即叶冠),围带内部中间开有疏水孔,叶冠上表面与通道端壁之间是有一定距离的间隙以利于除水.由于除湿级动叶的结构较为复杂,对其进行非结构化网格剖分,并对叶片前后缘、除水沟槽、疏水孔及叶顶间隙等特殊部位做了网格加密处理.针对叶轮机械的复杂内流,对除湿级的模拟采用了可实现k-ε湍流模型,在近壁面区域采用壁面函数法进行处理.在动静叶交界面,采用混合平面法来解决上下游交界面的强烈干扰.对除湿级进行的单相数值模拟结果揭示了在复杂的结构条件下级内的流场情况,能够使工程人员从气动特性上对沟槽、叶冠和间隙流动有所了解和认识,并为后续的两相流场计算奠定了基础.

动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响

采用计算流体动力学软件数值研究了某1.5级轴流涡轮转子叶尖蜂窝面迷宫密封泄漏流动对主流流场的影响,分析了不同的顶部间隙下叶尖密封泄漏流对主流流场的影响以及泄漏流与主流的掺混对下游静叶流场的影响,并对带与不带蜂窝面的迷宫密封对涡轮级气动性能的影响进行了比较.研究结果表明:泄漏流与主流在动叶下游掺混后导致掺混区域流体速度发生偏转,以负攻角进入下游静叶,带来攻角损失.泄漏流体带有较高的径向速度,在静叶栅通道中会向中间叶展处发展,使得静叶栅上半通道的流场结构发生改变,带来额外的二次流损失.并且随着叶顶间隙的增大,损失也随之增大.蜂窝的特殊六边形结构极大地降低了密封腔中流体的周向速度,减小了泄漏流重新进入主流时与主流的速度差异,从而减小了掺混损失.并且蜂窝结构能改变迷宫腔内气体的流动形态,采用蜂窝面的迷宫密封能有效地降低泄漏.

隐式耦合求解燃烧室内喷雾两相流场

在任意非结构网格下,采用开源程序对某型涡喷发动机环形燃烧室内的喷雾燃烧过程进行数值模拟.首先选用k-ε双方程模型、EBU(eddy break up)-Arrhenius紊流燃烧模型、颗粒随机轨道模型等模拟流场中的物理过程.然后用隐式耦合算法求解气相流动、拉格朗日方法跟踪液滴相在流动区域的运动,并考虑气相与液滴相的完全双向耦合作用.仿真实验得到的燃烧室内温度分布、马赫数分布、速度分布、压力分布均较合理,温度分布与文献中的基本一致,这表明隐式耦合方法能够较好地模拟燃烧室内流场,反映其内部流动特点.

航空发动机整机三维气动仿真研究进展

未来先进航空发动机的设计研发对设计精度、性能和周期等各方面有更高的要求,迫切需要整机三维气动仿真技术的支撑。现有的整机全三维仿真技术各有其优劣势,后续的技术发展需要在仿真资源、精度和技术难度等方面统筹考虑。

人工智能在计算流体力学中的应用

除了在围棋对弈中独孤求败,人工智能(AI)技术已逐步在众多领域显现出应用价值。人工智能正通过提高网格划分友好度、减少人工干预、提高湍流预测精度、快速数据可视化分析等,为计算流体力学(CFD)带来诸多变革。

航空发动机数值仿真中网格生成技术的应用与发展

网格生成技术连接物理模型和计算模型,在航空发动机数值仿真中起着承前启后的作用。网格的生成质量决定了是否能够精确地表达出计算对象,对数值计算最终的分析结果的精度、效率以及收敛性也有重要影响。航空发动机数值仿真技术融合了先进航空发动机设计技术和信息技术的最新成果,在计算机虚拟环境中实现对航空发动机整机、部件或系统的高精度、高保真多学科耦合数值模拟(如图1所示)。

校核、验证与确认在航空发动机气动仿真中的应用与挑战

气动仿真的可信度目前还没达到与试验同等的水平,在航空发动机设计研发中扮演的仅仅是预研和趋势性分析的角色[1]。改变这一现状的关键就是提高气动仿真的可信度,而校核、验证与确认(VV&A)是进行仿真可信度评估的重要手段。