TVD格式在超音速喷管三维粘性流动求解中的应用

详细给出了任意三维曲线坐标系中Ｎｏｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的对流项ＴＶＤ格式的构造过程，建立了数值求解三维粘性流动的计算方法，应用该方法对三维超音速喷管中有激波及无激波情况下的两种工况的层流流场进行了数值求解，并与实验做了对比。结果表明本文建立的计算方法具有较高的精度，同时也证明ＴＶＤ格式具有分辩率高，稳定收敛等优点，为进一步开展叶栅流场及紊流的研究打下了基础。

小型水轮机涡壳三维粘性流动解析

小型水轮发电机作为原动机能为工农业机械提供自主电源。为了使小型水轮机得到更广泛的应用 ,必须设计出结构简单、水力效率高的机器以确保运行稳定性。为此 ,对水轮机内部流动状况进行三维粘性流动数值解析是非常必要的。本文对常用的小型混流式水轮机涡壳、座环和无导叶环壁面内流动状况用最新的 CFD技术进行了整体数值解析。根据解析结果 ,对涡壳和固定导叶进行了改进以减少水力损失。亦对固定导叶入口冲角、涡壳壁面粗糙度对流动的影响进行了定量分析。

用多块多网格方法数值模拟三维粘性流动

本文给出了一个模拟三维粘性流动的数值方法．该方法来用高分辨率 ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式求解三维雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，使用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型估计湍流粘性系数，用多重网格技术加速收敛，采用多块结构化网格处理复杂的物理域．文中给出了叶轮机械多个叶片排和透平排汽缸内的全三维粘性流动的数值结果．

水轮机转轮三维粘性流动数值计算

对水轮机转轮内部三维紊流计算的基本方法进行了简要介绍,并采用贴体坐标下的有限体积法和k-ε模型,对丰满水电站7号水轮机转轮内部的三维粘性流动进行数值模拟,确定了转轮叶片的切割量,从而对7号水轮机转轮进行割边增容,收到了较好的效果,为老旧水轮机增容改造探索出一条新的道路。

混流式模型水轮机整体三维粘性流动计算

计算机和流动解析技术(CFD)的进步，三维粘性流动数值模拟逐步被应用于水轮机系统的设计和改造。本文在雷诺时均N-S方程基础上，采用有限体积法和κ-ε双方程紊流模型，计算了混流式模型水轮机整体三维粘性流动。通过三维粘性流动计算，获得了模型水轮机各过流部件的速度、压力分布，进而预估了模型水轮机的效率，并与模型试验结果进行了比较。

一个典型舰船动力涡轮三维粘性流动的数值分析

采用由Menter提出的实质为k-ω模型发展而来的两个双方程湍流模型BaselineModel(BSL)及ShearStressTransportModel(SST),通过求解三维粘性可压缩Favre平均N-S方程,对一个典型舰船燃气轮机四级动力涡轮进行了三维粘性流动数值模拟的对比计算,其中动静叶间隙未作轴向延伸和采用"混合平面"方法传递级间参数,而且两种方案的计算结果均与可以利用的设计参数总体符合良好.三维数值模拟不仅清晰揭示了舰船燃气轮机动力涡轮的流场结构,而且表明子午型面技术和先进"后部加载"叶型的组合设计是其具有优良气动性能的主要原因.

用改进的强隐式方法求解三维不可压粘性流动问题

提出了一种用改进的强隐式方法求解三维不可压缩粘性流动的交错网格有限体积法．该方法在ＳＩＭＰＥＲ算法的基础上，对Ｎ－Ｓ方程的对流项采用ＱＵＩＣＫ格式离散，利用ＭＳＩ方法求解代数方程．数值计算表明本方法具有计算稳定、收敛速度快等特点．

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;

多级风扇/压气机三维粘性流场的数值分析

采用叶排间掺混面模型，研究了多级跨音速风扇及压气机三维粘性流动数值模拟问题，利用ＬＵ－ＳＧＳ隐式算法使计算过程快速收敛，通过高分辨率格式改善跨音速流场中激波的分辨率。对某双级跨音速风扇及五级压气机流场进行了计算，双级风扇各状态的计算结果与实验数据吻合较好。

振动边界耦合作用下基于微分求积法的三维不可压缩粘性流体的数值模拟

本文采用微分求积(DQ)法基于非交错网格建立在考虑流体 结构相互作用下求解三维不可压缩流体 Navier Stokes方程的数值方法。弹性振动边界为矩形薄板,诱发板振动的因素为作用在板上的脉动压力场,边界板的振动与流动形成耦合作用。数值结果给出了一箱形流道内雷诺数分别为 100,1000 和 10000 时的流场。大量分析表明,用本文方法模拟考虑流体 结构相互作用下的流动问题是可行的。

关于三维Navier－Stokes方程的粘性项计算

借助于张量分析和张量计算，在贴体曲线坐标系下本文讨论了不同求解变量导致了粘性项个数上的重大差异和不同大小的计算量，并提出了便于粘性计算的最佳形式。文中借助于有限体积离散技术，通过引进两个对称辅助矩阵［Ａ］和［Ｂ］，使粘性项的计算量大大减少，这对完成三维粘性流的数值计算具有重要的指导意义。借助于上述方法，本文完成了某型真实进气道两种工况的三维粘性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程计算（即Ｍ∞＝３．０，α＝０°和设计工况Ｍ∞＝２．６５，α＝０°），获得了满意的全场结果；对于Ｍ∞＝２．６５的设计工况，同实验数据作了比较，符合良好。由于本文的方法明显的减少了粘性项的计算量且节省了大量内存，以致于使三维流场的Ｎ－Ｓ求解能在普通微机上进行。

叶轮机械三维粘性动静叶干涉的数值模拟

本文发展了 1套模拟叶轮机械三维粘性动静叶干涉的数值方法。在成熟的空间离散方法基础上 ,提出了 1种高效的双时间步隐式时间推进方法 ,并构造了一种保证守恒的动静叶交界面处的数值通量计算方法。本文对某三维亚音速涡轮的动静叶干涉进行了数值模拟 ,结果与实验符合较好。

多级风扇三维粘性流场的数值模拟

进行了多级跨音速风扇粘性流动的数值模拟研究。求解全三维 N-S方程 ,通过高分辨率格式提高跨音速流场计算的准确性 ,利用 LU-SGS隐式解法加快计算收敛速度。给出了一双级高负荷跨音速风扇设计和非设计工况下的详细计算结果 ,各工况下的计算与实验数据均吻合较好。

大型水轮机引水室3维粘性流动解析

为了提高大型混流式水轮机的性能,水轮机转轮希望引水室之蜗壳产生有适当的角运动量、流体轴对称且固定导叶的后流损失为最小状态的流体。蜗壳的角运动量可以由固定导叶入口流动旋回速度V_(u-si)与半径R_i来评价,固定导叶入射角α_(si)还支配了其导叶的后流状况。为要评价蜗壳与座环中三维粘性流体的流动特性,流体一体整体化数值解析(CFD)是非常必要的。

离心压缩机叶轮的响应面优化设计Ⅰ:设计方法

本文详细探讨了将离心叶轮内部的三维粘性流动求解与试验设计技术以及响应面方法相结合的优化设计方法。介绍响应面方法内容,讨论了不同试验设计方法的优缺点,以及 CFD求解中网格的影响。叶轮几何的参数化中叶片采用已知涡分布的逆命题方法构造、子午型线通过B样条曲线形成。应用表明,这是一种快速有效的优化设计方法。

分流叶片位置对高转速离心压气机性能的影响

运用三维粘性流动数值计算程序FineTM/Turbo对叶顶间隙泄漏存在时带分流叶片的高转速离心压气机模型级内部流动进行了数值模拟 ,重点分析了分流叶片不同起始位置及不同周向位置对压气机级内三维粘性流场及整级性能的影响。计算中采用Jameson的中心差分格式结合Baldwin Lomax代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N S方程 ,计算模拟了模型级内部复杂的三维粘性流动过程及气体参数分布的详细结构和规律。计算结果表明 :采用分流叶片在进口段会减少叶片阻塞 ,从而使更高的质量流量可以流经叶轮 ;分流叶片起始位置位于Ⅲ时 ,两个通道叶轮出口处速度分布最均匀 ;分流叶片越短 ,长叶片压力面无量纲静压载荷越大。当分流叶片长度达到某一数值后 ,长叶片载荷变化趋于平缓。分流叶片位于不同周向位置时 ,IBSA叶轮的模型级效率最高 。

大型水轮机蜗壳的CFD分析

蜗壳是水电机组中的一个重要过流部件,为了评价蜗壳与座环中三维粘性流体的流动特性,进行流体一体化数值解析是非常必要的。利用数值解析技术对大型水轮机蜗壳进行了数值解析分析,给出了蜗壳在各个计算工况点的水力损失,并计算了蜗壳的流量系数。

多级轴流压气机非设计性能的数值预估

采用LU-SGS隐式解法以及叶排间掺混面模型数值模拟压气机三维粘性流动,研究了多级轴流压气机的设计与非设计状态性能的预估问题。对一台五级高压压气机进行了详细的流场数值计算,包括了设计转速的100%,90%及80%等多个转速及各种工作状态。结果表明,本文所建立的数值方法与计算机程序对多级轴流压气机各种非设计状态的计算都具有收敛容易和快速的优点,计算得到的压气机总性能和各分级性能与设计参数进行了对比,证明该方法和程序的预估结果是比较准确的。根据设计转速下的计算结果,预估了压气机设计点的喘振裕度。此外,还对不同状态下叶片进口气流角的变化进行了分析。

先进的CFD方法在高效率汽轮机设计中的应用

本文记录了先进的计算流体动力学（简称CFD）技术在高效率汽轮机设计中的应用，计算方法是通过强词经典的型线设计和一般的汽轮机设计方面，如整个通道的应力分析及几何特性的相互关系来描述的。该方法用于典型的汽轮机设计案例，即汽轮机多级全三维流场、叶片汽封和排汽缸的计算。CFD对设计过程的支持体现在：对复杂的流动特性提供更深入的物理认识，并为进一步研究和优化提供目标。通过比较计算结果和试验结果，评定了目前技术水平下CFD的预测能力。计算结果和试验结果取得很好的一致。还对由结构化网格和非结构化网格计算所得结果进行了相互比较，不仅证明了两者极好的一致性，而且示范了采用非结构网格的CFD软件模化复杂几何形状的特殊能力。总之，发现了CFD方法具备预测现代汽轮机组中发生的复杂三维粘性流动的能力，从而在整体上获得对流体动力机械更好的理解。性能进行预测，并对流场的总体动力特性有更好的了解。因此，先进的CFD技术是西门子发电集团设计高效率汽轮机的一个基本工具。