圆柱绕流涡系演变的DPIV测试

利用数字式PIV技术在阵风环境风洞中对Re=500时的圆柱绕流进行测量,给出了圆柱后2.2倍直径、圆柱两侧各一倍直径的区域内一系列瞬态的速度矢量场、涡量场和流线图。根据可视化图像和量化结果,着重分析了该区域的涡系结构和一个拟周期内旋涡的发展演化过程。

叶栅流场尾迹中非定常涡系的数值模拟

叶栅通道内包含复杂非定常流动特征的涡系结构,二维直叶栅的尾迹涡系中粘性、尺寸效应十分明显,进行数值模拟时计算量较大,因此对分离涡产生与脱落过程的准确、清晰的捕捉要求有更高效率的数值解法。应用隐式格式、全场统一时间步长和Baldw in-Lom ax紊流模型求解二维N av ier-Stokes方程,对二维直叶栅流场非定常涡系进行了数值模拟分析,在大攻角、不同进口马赫数的2种工况下,通过对比分析不同时刻叶栅流场的熵和压力瞬态图,捕捉到分离涡产生与脱落过程,并合理地反映了紊流流动特征。通过计算结果看出,所采用的非定常粘性流动数值模拟方法有效,计算效率较高,能够较好地捕捉复杂的尾迹非定常涡系,较为清晰地反映叶栅流场涡系的形成、发展和消失过程,为进一步研究孤立转子和多叶排环境下的非定常流动效应提供了初步的基础。

细长尖头旋成体大迎角非对称涡系结构

本文采用数值计算方法,对细长尖拱旋成体大迎角背风侧非对称涡系结构以及与沿轴向交变的侧向力分布的关系进行了研究。求解的是N S方程,采用Jameson中心格式,湍流采用修正的B-L模型。通过数值模拟揭示了在头部开始产生非对称涡,形成二次涡的机理以及在背风侧形成集中涡的过程。从而说明了采用集中涡来模拟这类流场的正确性,表明了二次涡对多个脱体集中涡形成的贡献。

中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析

作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。

透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性的数值模拟

采用控制容积积分法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐算法 ,数值求解了三维稳态时均N S方程组 ,并应用可实现k -ε湍流模型 ,计算分析了低展弦比透平动叶栅二次流涡系的演变特点及叶栅气动特性 .计算结果与现有的试验结果吻合良好 ,表明所用的数值方法及湍流模型适用于模拟存在复杂涡系的叶栅流动 .计算结果表明 ,与静叶栅相比较 ,由于动叶栅的折转角较大 ,且气流膨胀加速程度较小 ,通道内横向压力梯度对涡系的发展及叶栅的气动特性产生了更为显著的影响 ,使得马蹄涡压力面分支在叶栅流道进口区域即与端壁上的横向流动相融合 ,并很快发展成强度较大的通道涡 ,马蹄涡吸力面分支也会较早地受到通道涡的卷吸而消失 ,以致叶栅的能量损失显著增大 ,出口气流角沿高度方向分布也很不均匀 .

前置导叶对叶栅出口涡系的影响

详细测量了平行进口端壁附面层与设前导叶两种进口条件下某涡轮叶栅的出口流场。测量结果表明 ,两种情况下在叶栅出口形成了类似的涡系结构 ,但是条件不同涡系形成的机制不同。此外 ,损失的大小与分布也发生了变化。

透平叶栅内集中涡系控制方法的研究

本文通过流场显示与测量,讨论了低展弦比透平叶栅内集中涡系的某些控制方法.从而达到降低二次流损失.提高叶栅效率的目的.

轮缘封严气流与主流涡系交互作用的非定常数值研究

为了研究涡轮转静盘腔中轮缘封严气流与主流的非定常涡系交互作用机制,在有无封严气流的工况下,数值模拟了封严气流对主流二次流的影响。结果表明,封严气流对上游静子的堵塞减弱了其轮毂二次流强度,并挤压静子轮毂二次流使得其径向位置降低而区域减小。静子轮毂二次流抑制了封严出流作用以及转子轮毂通道涡的径向扩张,并加剧转子轮毂二次流的总压损失。封严气流诱导形成了腔体诱导涡和剪切诱导涡,其中剪切诱导涡发展成为转子轮毂通道涡的主要组成部分。同时,封严气流通过剪切诱导涡的作用增加了转子轮毂二次流的径向位置和强度。由于转子和静子的相对运动,封严气流与主流的涡系交互作用呈现出明显的非定常变化。

非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及非光滑叶片叶栅进行了实验研究 ,在叶栅出口进行了详细的测量 ,通过测量结果的对比分析 ,探讨非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响。实验结果表明 ,与光滑叶片相比 ,非光滑叶片对叶栅出口流向涡系中 ,通道涡在节距方向上移向叶栅通道中心处 ,强度几乎不变 ,尾缘涡发生展向扩展并分裂 ,强度明显减弱。

旋成体尾迹涡系的演化机理

通过数值模拟绕流过程,揭示了旋成体尾迹涡系的演化机理。较小迎角下三个层次的对称涡结构包含了非对称涡系结构中新生涡的起源结构。阐述了主涡形成脱体涡、tertiary涡演化为新生主涡、主涡与二次涡合并的物理现象,以及涡系展向运动与涡量合并的动力学过程。主涡左右交替生成并依次脱体,在旋成体背部演化出一个截面流态非常类似于卡门涡街的涡系序列,但它是三维的,其演化机理不同于卡门涡街。

动静干涉下涡轮叶栅内部涡系结构分析

采用三维黏性非定常数值模拟方法对某高压涡轮两级的内部流场进行了计算,并分析了该涡轮第一级内主要集中涡系结构——通道涡、壁角涡、泄漏涡的非定常发展规律。结果表明,静叶喉部位置后轴向与径向压力受到动叶前缘的干涉效应,使得静叶出口涡量大小呈明显的周期性变化;动叶内通道涡因为受到了来流附面层,以及上游静叶的集中涡系的影响,存在很强的非定常性。研究结果将有助于提高对涡轮内部动静叶非定常干涉的认识。

近地低速飞行时旋翼尾涡系的畸变及其诱导速度

本文用一简化自由涡模型模拟旋翼尾涡系,用一简单涡模拟地面涡,对近地低速飞行时旋翼尾涡系的畸变及其引起的诱导速度变化作了研究。在地面涡和地面的影响下,桨盘附近的尾涡几何位置发生很大变化,导致桨盘处的诱导速度发生很大变化。尾涡畸变在桨盘处引起的诱导速度变化远远大于地面涡和地面在桨盘处直接产生的诱导速度。考虑尾涡畸变后计算出的诱导速度在桨盘处的分布和实验符合很好。

两种透平叶栅流场二次流特性及其涡系结构的可视化实验研究

本文应用 Ｔｉ Ｃｌ４ 烟迹法和表面油膜法对两种透平叶栅二次流特性及其涡系结构进行了流场可视化研究，深入地分析了叶栅端壁及叶栅型面的流动，揭示了叶栅二次流涡系的结构与叶型形状的关系以及马蹄涡吸力面分支和吸力面角涡的发生演变情况。

弯掠翼叶轮内流二次涡系的计算机数值仿真

采用非交错网格下的曲率时间尺度K ε湍流模型和纳维 斯托克斯方程线求解 ,对宇宙航空用弯掠叶轮和基准叶轮叶道内部三维粘性速度场进行了数值仿真 ,分析了叶轮流道内部通道涡等复杂二次涡系结构的流谱特性及其对气动性能特别是旋转失速的作用机理 .研究表明 :弯掠叶轮流道内通道涡、刮擦涡有效卷吸翼顶边界层低能流体 ,抑制了翼顶部的流动分离和旋转失速 ,有利于失速裕度的扩大 .

小展弦比透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性数值分析

采用控制容积积分法和协调一致压力修正算法数值求解三维稳态时均N-S方程组,对一小展弦比透平动叶栅在旋转状态下的二次流涡系演变和三维气动特性进行了分析。计算结果表明,该叶栅上下端壁通道涡在叶展中部交汇,在该处产生强烈的横向流动并引起叶展中部能量损失急剧增加,使损失沿叶高的分布由常见的双驼峰型变为单驼峰型,同时还使叶展中部出口气流的欠偏转角大幅度增大。

有间隙涡炉叶栅涡系结构的数值模拟

对具有 3 6 %相对叶顶间隙的涡轮叶栅三维空间流动进行了数值模拟 ,分析了大间隙涡轮叶栅流场的涡系结构。结果表明在叶顶间隙内部和上半翼展现出了复杂的分离流动 ,同时由于叶顶间隙的存在 ,上。

大型飞机平尾翼尖涡对后体涡系影响的实验研究

大型飞机在飞行过程中机身后体会产生一对反向旋转的脱体涡(后体主涡),该涡与平尾翼尖涡共同构成飞机后体的涡系结构。在风洞中,利用激光粒子测速(PIV)方法,对单独后体和加装不同展长平尾的后体,分别研究涡系结构的动力学特征。结果表明:后体主涡的涡核中心沿流向明显向上移动;加装平尾后,涡系呈现典型的四涡结构,平尾翼尖涡对后体主涡影响显著,加大了后者向上移动的趋势,同时使其沿展向外移,并显著削弱其涡旋强度;平尾展长增加后,后体主涡受到的影响有所减弱。在低速环境下,来流速度对后体涡系结构的无量纲动力学参数影响较小。

驻涡燃烧室驻涡区涡系特点数值模拟

为深入了解驻涡燃烧室凹腔内流场的涡系分布特性,采用FLUENT对不同驻涡区前进口堵塞比和不同燃烧室入口速度的驻涡区流场进行计算,分析典型截面压力场和流线图,研究驻涡区涡系特点。结果表明:不同纵截面旋涡特点不同,主流被联焰板堵塞的凹腔纵截面只有主涡,为稳定点火和火焰稳定提供条件;不同横截面的旋涡差别较大,离驻涡区前壁越远的截面涡心距越大,贴近前壁和后壁的截面均无旋涡;燃烧室入口速度对轴向中间截面的旋涡结构无影响,而前进口堵塞比对旋涡结构影响较大。

拉格朗日剖面法在拖曳水槽涡系演化中的应用

传统研究方法对于拖曳水槽中的旋涡涡系演化实验,通常水槽的横流面使用激光片光,并对CCD相机拍摄的时间序列下的旋涡运动图像进行分析,但此类研究方法只局限于研究涡系的平面运动.为能从三维空间对于复杂旋涡的演化过程形成进一步的认识,文中提出了一种提取、重构三维复杂涡系的新方法:拉格朗日剖面法,即在基于流场描述的拉格朗日方法下,利用拍摄到的旋涡运动照片,结合伽利略变换和Matlab软件的图像处理技术,编写代码,确定颜色阈值,将流显图片转化为相应数字图像,并提取拖车运动速度与相机拍摄间隔时间重构涡系在时间维度上的相对位置,将二维平面图像转换到三维尺度中,刻画出旋涡的空间演变形态.本方法对直观认识复杂三维涡系演化现象,分析涡系干扰、演变机理具有一定价值,与常规研究尾涡空间演变的方法相比,具有性价比高的特点.

旋翼尾迹涡系的等环量线处理技术及其在前飞固定涡系中的应用

本文论述等环量线尾迹描述方法,并介绍旋翼尾迹涡系的等环量线处理技术,及其在固定涡系下的实施导致的一种求解前飞旋翼气动载荷、流场与性能的方法。对H34机三种情况计算表明了对经典尾迹结果的改进,并证明尾迹结构精细化对新一代尾迹分析方法是必不可少的。