压气机跨声速转子大涡数值计算方法研究

发布时间：2017-05-23 17:13

  本文关键词：压气机跨声速转子大涡数值计算方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压气机内部的流动是固有非定常的，作为航空发动机的重要部件之一，压气机对航空发动机的性能、安全、稳定性都有重要的影响。深入研究压气机内部的复杂流动，揭示其非定常流动机理，可提供必要的分析方法和理论依据，对压气机的设计有着重要的指导意义。 本文计算采用的是课题组自主开发的大涡模拟代码，程序中引入了六阶WENOSYM格式和中心紧致差分格式、双时间步隐式时间推进以及相位延迟技术。分别对平板边界层的自然转捩过程、入射斜激波与湍流边界层相互干扰和某跨音速压气机的1.5级进行了数值模拟。 首先，引入层流Blasius解叠加T-S扰动波入口边界条件，模拟了平板边界层的自然转捩过程。分析了发卡涡、涡环、涡链的生成过程，次生流向涡的产生机理以及发卡涡的涡腿并不是完整对称的原因，揭示了发卡涡周围的上喷下扫运动和高低速条带现象，次生涡与壁面相互作用诱导更小的涡生成，如此反复直至湍流的猝发。 然后，采用比例缩放法给出湍流进口边界条件，，探讨了入射斜激波与湍流边界层相互作用的机理。对入射激波、反射激波、分离区的相互干扰过程以及激波诱导边界层分离进行了详细地阐述。 然后，本文对某跨声速1.5级压气机的内部流场进行了计算。定常计算对比了不同出口反压流场的变化，准确地获得了压气机的总体性能参数。非定常计算中分别对尾迹与主流区的掺混、转子通道激波与附面层的相互干扰过程、激波在导叶通道中的传播以及转静干涉现象进行了阐述，并发现转子前缘斜激波周期性地冲击进口零级导叶尾缘，产生很强的激振力，极易产生高周疲劳。
【关键词】：大涡模拟 跨音速压气机 边界层转捩 激波附面层干扰 非定常流动 拟序结构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景及意义14-17
• 1.2 数值方法17-19
• 1.3 边界层转捩19-21
• 1.4 跨声速压气机的非定常流动21-25
• 1.5 本文研究内容25-26
• 第二章 大涡模拟控制方程26-33
• 2.1 直角坐标系下的三维可压缩 N-S 方程26-28
• 2.2 控制方程的空间滤波28-30
• 2.3 亚格子模型30-31
• 2.4 本章小节31-33
• 第三章 数值方法及边界条件33-52
• 3.1 有限体积法33-34
• 3.2 方程的空间离散34-36
• 3.2.1 对流通量的空间离散34-36
• 3.2.2 粘性通量的空间离散36
• 3.3 方程的时间推进36-38
• 3.3.1 显式时间推进37
• 3.3.2 隐式时间推进37-38
• 3.4 网格生成及并行计算38-41
• 3.4.1 网格的生成38-39
• 3.4.2 并行计算39-41
• 3.5 边界条件设置41-50
• 3.5.1 入口边界条件41-48
• 3.5.2 出口边界条件48-49
• 3.5.3 壁面边界条件49-50
• 3.5.4 展向边界条件50
• 3.6 相位延迟法50-51
• 3.7 本章小节51-52
• 第四章 平板边界层转捩的大涡模拟52-63
• 4.1 计算设定52-54
• 4.1.1 几何模型52-53
• 4.1.2 流场初始化53-54
• 4.1.3 进口边界条件54
• 4.2 计算结果分析54-56
• 4.3 转捩过程的典型涡系结构56-60
• 4.3.1 发卡涡的形成过程56-58
• 4.3.2 涡环链特征58-60
• 4.4 转捩过程的重要现象分析60-62
• 4.4.1 上喷和下扫60-61
• 4.4.2 高低速条带61-62
• 4.5 本章小节62-63
• 第五章 入射斜激波与附面层相互干扰63-69
• 5.1 几何模型与边界条件63-64
• 5.2 激波结构分析64-65
• 5.3 平均流场分析65-68
• 5.3.1 时间平均的流场参数65-67
• 5.3.2 激波诱导边界层分离67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 大涡模拟在跨声速压气机中的应用69-94
• 6.1 物理模型与网格69-71
• 6.2 定常计算结果分析71-78
• 6.2.1 迭代收敛过程71-72
• 6.2.2 出口反压为 0.9Pb 时转子流场马赫数分析72
• 6.2.3 出口反压为 1.0Pb 时全流场马赫数分析72-74
• 6.2.4 叶栅通道中的激波结构74-76
• 6.2.5 出口反压为 1.0Pb 时流场涡系结构的发展76-78
• 6.3 非定常计算结果分析78-86
• 6.3.1 迭代收敛史78-79
• 6.3.2 瞬时流场分析79-84
• 6.3.3 转子通道涡系结构的发展84-86
• 6.4 跨音速压气机的转/静干涉作用86-93
• 6.4.1 转子产生的激振力87-90
• 6.4.2 进口导叶瞬时压力分布90-92
• 6.4.3 IGV 表面压力频谱分析92-93
• 6.5 本章小结93-94
• 第七章 总结与展望94-96
• 7.1 总结94-95
• 7.2 展望95-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-101
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 路明;孙西欢;李彦军;范志高;;湍流数值模拟方法及其特点分析[J];河北建筑科技学院学报;2006年02期

2 王汉青,王志勇,寇广孝;大涡模拟理论进展及其在工程中的应用[J];流体机械;2004年07期

3 连祺祥;;湍流边界层拟序结构的实验研究[J];力学进展;2006年03期

4 李存标;吴介之;白夜;;壁流动中的转捩[J];力学进展;2009年04期

5 刘卫东;陈逖;孙明波;范晓樯;梁剑寒;;用于可压缩壁面湍流LES及DNS入口边界条件的“回收-调节”方法综述[J];航空动力学报;2011年03期

6 连祺祥,郭辉;湍流边界层中下扫流与“反发卡涡”[J];物理学报;2004年07期

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1 陈林;边界层转捩过程的涡系结构和转捩机理研究[D];南京航空航天大学;2010年

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本文编号：388580