有无叶顶间隙条件下斜流风机叶轮内部三维流动的数值研究

本文使用NUMECA 的商业软件Fine/Turbo,对一种斜流风机叶轮在有无叶顶间隙条件下的三维粘性流场进行数值研究。在与测量数据比较的基础上,对两种流场的极限流线和二次流图谱及速度分布等进行了分析。揭示了流道中低速流体的输运,“射流—尾迹”流型和叶顶间隙泄漏涡等的形成过程。研究结果表明:二次流和涡运动导致叶道出口流动尾迹发生于外端壁/压力面角域;

空腔流动的大涡模拟及气动噪声控制

大涡模拟(LES)和三维的Ffowcs Williams-Hawkings声学比拟方法相结合,研究空腔过流的一种噪声控制措施.空腔的底板/后墙使用多孔壁板,因此流体可以穿透空腔壁面,多孔效果使用Darcy压力-速度关系模拟.声源流场由LES计算,声辐射和远声场由声学比拟获得。结果表明,这种措施有效地减弱了空腔内的压力脉动和远场声辐射,低频脉动Rossiter模数对应的波动幅值被有效抑制,声源中偶极子占优项大幅度减小,从而抑制了声辐射.

离心式叶轮内部湍流及出口“射流尾迹”结构的成因分析

使用压力修正算法及kε湍流模式求解Reynolds时均的NS方程,数值分析了离心式压气机叶轮内部湍流流动及叶轮出口“射流尾迹”结构的形成过程,计算与实验结果的比较表明,二次流对低能流体的输运是形成射流尾迹结构的主要原因。

空腔的非定常可压缩过流及相关气动声学问题

使用大涡模拟-声学比拟相结合的方法,研究三维开式空腔的非定常可压缩过流及其相关的气动声学问题。近场的声源流场部分使用大涡模拟,声音向远场的辐射使用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学比拟,建立了适合于开式空腔的全三维计算气动声学预测方法。文中突出了声源采样时间和积分模数的选择问题。

轴流压气机转子内流数值模拟及叶顶间隙泄漏分析

本文数值求解N—S方程和Euler方程对比分析单转子轴流压气机内部流场、计算较好地预测了压气机的平均流场及叶尖泄漏涡的生成演化过程。为分析泄漏流动的成因，本文采用简化模型计算泄漏速度。计算与实验结果的时比表明，泄漏流动是无私流动，粘性主要表现为对涡的衰减；泄漏流动由叶片两侧的转了静压控制，粘性在叶片两侧作用持平；给定叶片两侧的转子静压即可由Bernoulli方程求出泄漏速度。

180°方截面弯管中层流的数值模拟

本文采用考核数值方法和三维程序的算例，分析了用非交错网格压力修正算法数值求解Ｎ－Ｓ方程时存在的几个问题，提出了一种新的动量插值方案，它不依赖于压力场的线性程度，同时与松弛因子无关。计算表明，本方法具有良好的收敛准确性，程序的稳定性令人满意。

NASA67跨音风扇级内粘性流场的准定常数值模拟

本文使用商业软件数值研究ＮＡＳＡ６７跨音速两级风扇第一级在近最高效率点和近堵塞工况点的三维粘性流场。对用细网格计算的级内流场进行了细致的分析，揭示了转子中的激波、附面层、间隙涡、分离流动、流动径向掺混等流动现象，给出了转子与静子叶道中的二次流动和能量损失的分布。

张量形式的非交错网格压力修正算法

以速度逆变分量作为求解变量，运用动量插值的概念改造压力修正方程并推导出相应张量形式的速度修正表达式，从而在一套网络上解决了压力波动的问题，对二维扩张通道中的分离层流和后台阶突扩分离湍流的计算表明，本方法有很好的收敛准确性和稳定性。

非线性k－ε模型的力学实质探讨

本文运用非线性连续介质力学的变形与本构理论及湍流建模准则作为依据，对非线性ｋ－ε模型的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力计算表达式进行详尽的分析与探讨，得出针对本构关系而涉及二阶变形率及其Ｏｌｄｒｏｙｄ导数的非线性项是改善涡粘模型又反映脉动结构的各向异性的有效途径，建立各向异性模型应该采用客观物理量，现实性的考虑可以保证附加应力无迹来实现。

求解变量与离散体元界面速度选择对SIMPLE算法收敛特性的影响分析

针对复杂区域中流动计算的ＳＩＭＰＬＥ算法，在选用不同的速度分量作为求解变量和离散体元的界面速度时，进行了算法收敛速度及收敛准确性的对比分析。通过研究，澄清了现有算法中存在的概念失误，提出改进算法的措施，并给出算例。

多孔蜗舌贯流风机内非稳态流场特性

在前期采用多孔蜗舌控制贯流风机气动噪声的基础上,采用动态压力测量与大涡模拟相结合的方法,对比研究了多孔蜗舌方案的贯流风机内部非稳态流场特性。实验结果显示,蜗舌的"多孔板与容腔组合结构"可削弱蜗舌气流的压力脉动幅值,因而降低了贯流风机的噪声。大涡模拟结果则揭示了贯流风机内大尺度旋涡运动的特征,其压力脉动特性与实验吻合良好。本文对Powell涡声方程进行了修正,提出一个包含多孔介质和自由空间的涡声方程通用形式,试图以此解释多孔蜗舌对于流体发声的影响与作用机理。

热镀锌锌锅的电磁-流体耦合计算

在锌锅的流动及传热状态的数值模拟中,感应加热器边界条件的处理是计算的关键和难点。以某连续热镀锌锌锅作为研究对象,采用ANSYS软件的电磁场模块,计算得到锌锅加热器中洛仑兹力及焦耳热的分布,并将其作为加热器区域流场计算时动量及能量的源项,从而实现了对加热器中电磁场和流场耦合的锌锅全场计算。与前人给定热流密度的处理方法相比较,本文方法更真实地逼近了实际物理模型与过程。计算结果表明,熔沟中的锌液在洛仑兹力作用下呈螺旋状地由中心熔沟向两侧熔沟流动,加热器出口截面上的最大速度约为0.77m/s,大部分区域中的速度均大于0.3m/s,计算结果与文献中实际锌锅运行时的数据吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性。

幂律非牛顿流体流动的有限体积算法

以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的特殊困难,提出了一种高精度格式的有限体积计算方法。对其中应力计算时可能出现的"零障碍"和"无限大障碍"奇点问题,采用限定表观黏度数值变化范围的方法以防止迭代计算过程中出现除零和除无穷问题,并给出了完整的计算方法。计算了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动,验证了该计算方法的有效性。并分析了幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中层流流动的影响。

大曲率弯管中湍流的计算与模型考证

一些文献在使用标准k-ε模型预测弯道湍流时缺乏网格无关性检查和湍流参数的比对。本文结合具有详细测量数据的弯道湍流算例,研究了标准k-ε模型结合壁面函数法在不同网格密度时的计算结果。检查表明排除网格依赖性以后,标准k-ε模型与壁面函数法的结合使用可以获得明显优于前人的计算结果,即使是在弯道的后半段,计算结果仍然与实验数据良好地吻合。同时采用当前预测复杂流动时较受欢迎和好评的SST k-ω模型作比对分析,考证两种模型对曲率影响的预测能力。结果表明,SST k-ω模型对于弯道后半段的主流速度和二次流速度预测值优于标准k-ε模型,但对湍流动能和脉动应力的预测结果则显示标准k-ε模型在数值上与实验值更为接近,优于SST k-ω模型的结果。

微型轴流风扇间隙流动分析

以某微型轴流风扇为研究对象,测量了其在5 600r/min转速下的气动特性曲线,同时采用商用软件NUMECA模拟了在4种流量下该风扇叶轮内的三维流场,详细研究了泄漏涡和分离涡的结构、泄漏流速度的分布、叶片两侧的压差分布以及泄漏流对叶顶载荷的影响。研究结果显示:由于叶顶间隙的存在,气流在叶顶形成了分离涡;而泄漏流进入相邻通道后卷起形成泄漏涡。叶顶分离涡和泄漏涡的起始位置都随着流量的增加而向下游移动。从叶顶到外端壁方向,泄漏流速度的大小及其与叶片型线的夹角(θ)均呈现先增大后减小的趋势。间隙区域叶片两侧的压差(Δp)随着流量的增加而变小,泄漏流速度、泄漏流量也随之变小。叶顶卸载是顶端间隙流动的主要特征,随着流量系数的增加,叶顶卸载变大。

复杂形状进气箱与叶轮一体的斜流风机内部湍流数值分析

本文采用混合平面法实施通流元件之间的流场信息传递，旨在建立斜流风机统一正命题的流动模型与数值方法。将非正交曲线坐标系下压力修正法求解K-ε模型封闭Reynolds时均方程的三维程序模块化，使其可适用于静止及旋转坐标系，过气箱与叶轮采用各自独立的贴体网格，按照串行方法轮换调用计算模块并在进气箱出口与叶轮进口之间设置混合平面，用以传递与转换动静元件之间耦合流动的信息，在单一微机系统上实现了从进气箱进口到叶轮出口的整机内部湍流的一体计算。采用上述方法数值模拟了某斜流风机的内部流场，计算与已有实验结论大体吻合．

刀片式多排密集圆孔气体冲击射流冷却的实验研究

刀片式多排圆孔气体射流可用于受限表面的密集冷却。考察了喷射高度和雷诺数对密集圆孔气体射流冲击光滑平板换热效果的影响。应用热薄膜法测量壁面温度并利用等热流加热获得平均对流换热系数,在射流雷诺数(ReD)的取值范围为5000≤ReD≤48500、量纲为一喷射高度(H/D)分别为6.25、7.50、12.5时,平均努谢尔数随ReD增加而递增,并与H/D的0.606次幂成反比。建立了平均努谢尔数关于ReD、普朗特数(Pr)和H/D的准则关系式,以及密集气体冲击射流冷却的换热准数方程。实验结果与Martin公式的模拟结果比较表明:刀片式圆孔喷嘴密集布置喷孔后,开孔率提高,换热系数大幅提高,约为采用Martin公式得到的换热系数计算值的1.4倍。实验数据与Gardon公式的计算结果非常吻合,与Martin公式的计算结果差别显著,但引入修正函数后与后者能很好地拟合。

亚音速圆口喷流的大涡模拟

采用大涡模拟方法研究了马赫数M=0.75,雷诺数Re=50 000的圆口可压缩喷流问题。在与实验数据比对验证的基础上,分析了喷流剪切层不稳定性发展的两个主要阶段,着重考察了剪切层中轴向速度脉动u'、径向速度脉动v'、压力脉动p'在空间任意两点上的时空相关系数随时间和空间发展分布的特点,并由此分析剪切层中旋涡脉动的迁移特性,为进一步研究与控制喷流噪声提供基础。

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。

多孔材料蜗舌对贯流风机的气动声学性能影响

在不改变蜗舌的几何外形与尺寸的情况下,使用4种不同的多孔材料制作蜗舌,得出某贯流风机蜗舌的4种替换方案。通过对其气动和声学性能的实验测试,比较了多孔材料制作的蜗舌对贯流风机的气动性能和噪声特性的影响。