隨著計算機(jī)性能的提升,計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）得到快速發(fā)展,在葉輪機(jī)械葉型設(shè)計和流場分析中占有越來越重要的地位。尤其在葉型氣動設(shè)計中,CFD技術(shù)大大減少了對試驗數(shù)據(jù)的依賴,成為現(xiàn)代葉輪機(jī)械設(shè)計體系的主要組成部分。以CFD技術(shù)為支撐,國內(nèi)外發(fā)展了多種正問題分析和優(yōu)化程序,以及反問題葉型氣動設(shè)計方法。本文以工程應(yīng)用為背景,以數(shù)值求解Navier-Stokes（N-S）方程為主要內(nèi)容,開發(fā)一套較為通用的,滿足一定精度和求解速度要求的全三維流場數(shù)值求解程序,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)葉輪機(jī)葉片反問題設(shè)計程序。再以跨聲速壓氣機(jī)為主要研究對象,對所開發(fā)的正反問題程序進(jìn)行測試和研究。具體工作包括以下內(nèi)容:（1）針對跨聲速葉輪機(jī)械復(fù)雜內(nèi)部流動,利用所開發(fā)的全三維CFD求解器對常用格式的計算精度進(jìn)行對比。以Rotor67壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子為例進(jìn)行數(shù)值試驗,對比了兩種FVS格式,即Steger-Warming格式、Van Leer格式在不同MUSCL插值處理方式下的計算效果。結(jié)果表明,Van Leer格式的模擬效果優(yōu)于StegerWarming格式,使用原始變量插值... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 葉輪機(jī)械正問題設(shè)計
        1.2.1 一維及二維半經(jīng)驗設(shè)計
        1.2.2 準(zhǔn)三維設(shè)計
        1.2.3 全三維設(shè)計
    1.3 反問題設(shè)計方法
    1.4 計算流體動力學(xué)的發(fā)展
        1.4.1 空間離散格式
        1.4.2 時間離散格式
        1.4.3 網(wǎng)格生成技術(shù)
        1.4.4 湍流模型
        1.4.5 在葉輪機(jī)械中的應(yīng)用
    1.5 主要研究內(nèi)容
第2章 數(shù)值計算方法
    2.1 流場控制方程
        2.1.1 雷諾輸運(yùn)公式
        2.1.2 連續(xù)性方程
        2.1.3 動量方程
        2.1.4 能量方程
        2.1.5 本構(gòu)方程
    2.2 控制方程的數(shù)值求解形式
        2.2.1 柱坐標(biāo)系下的N-S方程
        2.2.2 動網(wǎng)格下的N-S方程
        2.2.3 一般曲線坐標(biāo)系下的N-S方程
        2.2.4 有限差分法與有限體積法的轉(zhuǎn)換
    2.3 方程的數(shù)值離散
        2.3.1 對流項
        2.3.2 粘性項
        2.3.3 時間推進(jìn)格式
    2.4 湍流模型
    2.5 邊界條件
    2.6 葉片排動靜交界面處理
    2.7 本章小節(jié)
第3章 數(shù)值計算方法驗證
    3.1 模型及網(wǎng)格
    3.2 FVS格式的對比研究
        3.2.1 Rotor67 總性能
        3.2.2 出口徑向參數(shù)分布
        3.2.3 流場細(xì)節(jié)
    3.3 AUSM+格式的對比研究
        3.3.1 Rotor67 總性能
        3.3.2 出口徑向參數(shù)分布
        3.3.3 流場細(xì)節(jié)
    3.4 葉片排交界面模型驗證
        3.4.1 Stage35 壓氣機(jī)級
        3.4.2 1.5級亞琛渦輪
    3.5 本章小結(jié)
第4章 反問題設(shè)計方法
    4.1 葉型修改方法
        4.1.1 虛位移計算
        4.1.2 葉型光順方法
        4.1.3 反問題設(shè)計流程
    4.2 動靜葉片排匹配
        4.2.1 動靜葉片排匹配方法
        4.2.2 多排葉片反問題設(shè)計流程
    4.3 反問題方法驗證
        4.3.1 單排葉片
        4.3.2 多排葉片
    4.4 本章小結(jié)
第5章 反問題方法應(yīng)用
    5.1 Rotor67 轉(zhuǎn)子優(yōu)化
        5.1.1 目標(biāo)載荷曲線調(diào)整
        5.1.2 優(yōu)化前后結(jié)果對比
    5.2 Stage35 壓氣機(jī)級優(yōu)化
        5.2.1 目標(biāo)載荷曲線調(diào)整
        5.2.2 優(yōu)化前后結(jié)果對比
    5.3 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 研究結(jié)論
    6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多級環(huán)境下軸流壓氣機(jī)反方法改型設(shè)計[J]. 梁言,吳虎,劉昭威.  航空動力學(xué)報. 2018(01)
[2]多級軸流壓氣機(jī)反問題級間氣動匹配設(shè)計方法[J]. 劉昭威,吳虎,梁言,侯朝山.  推進(jìn)技術(shù). 2017(09)
[3]一種葉輪機(jī)三維葉型黏性反問題方法[J]. 寧方飛,賈新亮,鞠鵬飛.  航空動力學(xué)報. 2016(06)
[4]改進(jìn)的反問題邊界條件在葉輪機(jī)械中的應(yīng)用[J]. 劉昭威,吳虎,唐曉毅.  工程熱物理學(xué)報. 2015(10)
[5]跨聲速軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子反問題優(yōu)化方法[J]. 劉昭威,吳虎,唐曉毅.  推進(jìn)技術(shù). 2015(09)
[6]葉片全三維反問題優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 朱陽歷,王正明,陳海生,譚春青.  航空動力學(xué)報. 2012(05)
[7]基于歐拉方程的二維振蕩機(jī)翼非定常氣動設(shè)計反命題方法（Ⅱ）[J]. 楊愛玲,姚征,劉高聯(lián).  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2008(03)
[8]壓氣機(jī)/風(fēng)扇葉片自動優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 周正貴.  航空學(xué)報. 2008(02)
[9]透平葉柵三維粘性氣動反問題的控制理論方法[J]. 李穎晨,豐鎮(zhèn)平.  工程熱物理學(xué)報. 2007(04)
[10]NACA-65-0012機(jī)翼的非定常反問題解[J]. 楊愛玲,姚征,劉高聯(lián).  工程熱物理學(xué)報. 2006(06)

碩士論文
[1]離心壓氣機(jī)葉片反問題設(shè)計方法研究[D]. 孫立.南京航空航天大學(xué) 2016
[2]壓氣機(jī)葉型粘性反問題設(shè)計方法研究[D]. 張小玉.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2014
[3]壓氣機(jī)葉片三維反問題設(shè)計技術(shù)研究[D]. 劉文亮.南京航空航天大學(xué) 2012
[4]壓氣機(jī)葉型反問題設(shè)計技術(shù)研究[D]. 周亦成.南京航空航天大學(xué) 2012



本文編號：3190104