尾迹干扰下大焓降叶片非轴对称端壁效应的数值研究

采用数值模拟的方法研究了在上游尾迹干扰下大焓降叶片流场的非定常性以及端壁翘曲对端壁区流动的控制效果。上游动叶尾迹用转动的圆柱模拟,在基准工况下计算了具有平坦端壁和翘曲端壁的两套大焓降叶栅。结果表明:在上游尾迹的周期干扰下,叶片表面附面层,主要是吸力面附面层参数表现出周期性脉动。在上游尾迹周期作用的非定常环境下,相对平坦端壁,端壁翘曲降低了端壁通道涡量,降低了端区流动损失。

低雷诺数下并列双波浪柱尾迹干扰效应数值模拟

该文针对雷诺数Re=100下不同波长参数(/mλD=2、4、6和8)、不同间距比(1.5/3.5m≤L D≤)的并列双波浪柱后尾迹复杂的三维流动结构及干扰效应进行了数值研究。研究表明:三维并列双波浪柱在较小的间距比/1.5mL D=时,波峰对波谷排列的并列波浪柱后尾迹呈现明显偏置双稳流动结构,而波峰对波峰排列工况下基本呈现单一波浪型钝体后尾迹流动结构(尤其是在大波长/mλD=6和8时);当间距比/3mL D≥时,随着波长/mλD的增大,上下波浪柱各自呈现单波浪柱后尾迹流动结构;较大波长的三维波浪形状更好地组织了后尾迹三维流动结构,减少了并列双波浪柱后尾迹的相互干扰,从而减阻减振明显,最高减阻可达14.5%,脉动升力系数上下游波浪柱均趋于0.1。该研究可为近海工程的多立管结构及悬索桥的拉索振动抑制等提供理论支持。

多级压气机动叶不同CLOCKING位置下尾迹/附面层干扰分析

采用harmonic非定常计算方法模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶处于不同CLOCKING位置下尾迹输运机理,指出在非定常条件下,叶片排之间干扰主要来自于尾迹和势流对叶片排的交替作用。在CLK0位置,上游尾迹的输运主要表现为单个尾迹向下游的传播过程。在CLK2位置,上游动、静叶片尾迹掺混发生显著不同,上游尾迹的输运呈现多个尾迹的传播过程,进而导致下游叶片非定常气动负荷的波动幅值出现显著差异。

返回舱动稳定特性风洞试验的影响参数

再入飞行器需要大阻力减速而采取钝锥外形,这种气动布局外形的飞行器动稳定风洞试验结果易受到质心位置、尾迹干扰和极限环运动等因素的影响。通过风洞试验研究了不同质心位置、不同支撑方式下尾迹干扰对返回舱配平角和动稳定性的影响,以及不同稳定模态下,试验方法对试验结果的影响。指出了在动稳定风洞试验中必须精确模拟返回舱质心位置,在大攻角状态下采取弯支杆支撑方式减少尾迹干扰,并针对极限环运动,采取轴承-滑块大振幅自由振动试验,才能得到正确的返回舱动稳定特性。

对旋轴流风扇级间非定常速度场实验研究

通过单斜丝热线风速仪一种较精确的校准和测量技术,对某个对旋轴流风扇的级间速度场进行了动态实验研究,并揭示其级间非定常效应的独特规律:下游转子的非定常位势流作用在对旋级间流场的周期性非定常影响中占主导地位,而上游转子的叶片尾迹影响则处于次要地位,级间径向速度的大小则主要与前级转子叶尖区和叶根区的二次流动旋涡强度有关,该发现对对旋轴流压缩系统非定常流动的机理探索有创新意义。

垂直轴潮流水轮机数值模拟研究

采用单向耦合欧拉-拉格朗日方法对垂直轴潮流水轮机(Vertical Axis Tidal Turbine)水动力性能和尾迹进行数值模拟研究,其中连续相采用雷诺平均Navier-Stocks方程(RANS)结合SST湍流模型求解,分散相颗粒的运动轨迹通过牛顿第二定律确定,叶片的尾迹通过颗粒的轨迹示踪。以文献[10]中在水槽中进行的垂直轴风力机试验为计算模型。将模拟结果与试验结果进行对比,叶片受力和叶片尾迹均与试验结果符合很好;对比前人的结果得到的叶片在不同位置角的瞬时受力规律也更加接近试验测得规律。

缘线匹配对非定常流动影响初探

为深化缘线匹配对叶轮机非定常流动影响的认识,本文以关注尾迹撞击叶表展向轨迹为出发点,围绕缘线匹配对叶轮机非定常流动及性能影响进行了初步数值探索。研究表明:不同缘线匹配时叶片整体性能参数具有不同的脉动水平;给定缘线匹配下,整体性能参数脉动幅值随工况几乎不变或变化很缓;在设计点为达到降低某种脉动目的而实施的缘线匹配在非设计点同样有效;尽管微弱,数值模拟中还发现缘线匹配对上游尾迹随流掺混产生影响;缘线匹配严重影响时均相关项量值水平,尤其在叶尖、叶根和前缘附近。

超声压气机静/转干涉的非定常模拟研究

为进一步揭示超声速流动条件下压气机叶排干扰机理,提高对跨/超声速压气机流动的认识,基于课题组自主研发RANS方程解算器,运用非定常数值模拟的方法对超声速压气机静/转叶栅级间干涉进行研究。研究结果表明,超声速压气机静/转叶栅通道中存在较为复杂的相互干涉,下游转子叶栅外伸激波被上游静子叶栅切割,并强烈扰动静子叶栅通道中的流动,造成静子叶片表面压力波动较大;静子叶栅尾迹区存在较强的熵增,在向下游传播的过程中被转子叶栅切割,在转子叶栅通道中,尾迹区域变形并向压力面靠拢,最终与转子叶栅尾迹相互作用,使得转子叶栅尾迹呈类卡门涡街形式脱落。

基于BWI辐射效率的低气动噪声共轴对转螺旋桨的设计研究

将共轴对转螺旋桨气动噪声快速预测理论与气动载荷快速预测方法相结合,对共轴对转螺旋桨远场气动噪声进行预测。分析了BWI辐射效率对共轴对转螺旋桨BWI干扰噪声的主控影响。对从低至高的(单排6-12)前后等桨叶数对转桨进行了研究。结果表明虽然低桨叶数与高桨叶数对转桨的气动噪声特性不同,但是总体上前后指向性的高声压区仍然是由BWI噪声控制。同时等桨叶数的设计只是使高声压区更集中,却无法对其进行降低。随后,对比了不同桨叶数共轴对转螺旋桨远场气动噪声的表现,认为不等桨叶数对转桨气动噪声普遍优于等桨叶数情况。得出了总桨叶数相同情况下对转桨前后桨叶数的搭配方案。对近场噪声高精预测方法将在未来的研究中对辐射效率的具体机理进行研究。

涡轮叶栅流动分离涡模拟验证研究

本文采用DDES模型分析透平叶栅内部亚音速和跨音速流动。DDES模型能有效且较精确地计算亚音速流动,但计算跨音速流动时,出现修正函数f_d"保护"边界层功能失效的问题,极大地降低了计算精度;人为设定RANS和LES计算域,保证边界层完全被RANS计算域覆盖,计算结果得到很大改善。