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该文采用高分辨率、高精度和高收敛率的数值计算方法求解可压缩雷诺平均的Navier-Stokes方程和q-ω湍流模型，对一台跨音单级透平在不同工况下的内部流场进行了详细的数值模拟，并总结了小流量工况下动叶内部流动的分离模式。
透平级非设计工况气动性能的数值模拟
【摘 要】
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该文采用高分辨率、高精度和高收敛率的数值计算方法求解可压缩雷诺平均的Navier-Stokes方程和q-ω湍流模型，对一台跨音单级透平在不同工况下的内部流场进行了详细的数值模拟，并总结了小流量工况下动叶内部流动的分离模式。
【机 构】
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中国科学院工程热物理研究所(北京) 清华大学热能工程系(北京)
【出 处】
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中国工程热物理学会热机气动热力学学术会议
【发表日期】
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2001年12期
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应用改进的LU-SGS隐式格式和4阶TVD格式求解了叶轮机械内粘性流场的基于时间推进的有限差分法的全三维Navier-Stokes方程和q-ω双方程湍流模型。采用几何法与求解微分方程相结合的三维网格生成技术，高精度高分辩率的TVD差分格式，新型LU隐式算法，对有着详细的激光测量结果的NASAROTOR-37转子进行了三维粘性计算。得出了详细的流场三维结构并和实验值进行了比较。捕捉到清晰的激波和准确
用三淮激光多普勒测速系统测量研究了一个离心压气机转子近端壁区三维紊流流场。结果表明，整个叶片通道内叶背角区存在角涡及其伴随涡，叶盆角区存在前缘马蹄涡的叶盆分支，它们的发展、演化较大地影响着附近区域的流动，是造成了所在区域流动阻塞和气流脉动的主要因素。前缘马蹄涡叶背分支沿下游逐渐向叶盆方向发展，与端壁附面层和主流的进一步掺混，并在约1/2叶片通道处的叶盆角区与前缘马蹄涡的叶盆分支发生交混，在下游造成
该文使用商用软件Fine/Turbo研究NASA67跨音速两级风扇第一级内的三维粘性流场。数值计算分别在两种不同节点密度的网格中进行。文中对用细网格计算的近最大效率和近堵塞工况点的级内流场进行了细致的分析，揭示了转子中的激波、附面层、间隙涡、分离流动、流动径向掺混等流动现象，以及转子与静子叶道中的二次流动和能量损失的发展变化。
目前全三维反问题还不成熟，由二维反问题和三维正问题组成的准三维设计体系中，叶片的前缘是由给定的积迭轴和基元叶型特征决定，具有任意性，难于对基加以控制。叶轮机椋弯空气动力学的研究表明掠弯叶片能够提高超跨音风扇/压气机的性能，原因是利用前缘形状控制流场中的激波结构和二次流的迁移，改善流场结构，因此该文试图把掠弯叶片的前缘空间曲线作为设计自由度，增加到设计体系中，实现设计中前缘空间曲线同流场结构的关联。
可逆轴流风机的设计关键是如何设计叶型以满足正、反风性能要求。该文运用全三维设计方法，采用任意曲率中弧线特殊叶片造型，对正、反风地铁轴流风机进行气动设计。通过全三维数值模拟，其设计性能完全满足指标要求，为有效解决轴流风机反风技术提供了新的途径。并通过改变几何坐标使叶片旋转，调节风量，数值计算出安装角变化后的正、反转特性曲线。指出在放大流量时，特性线变化平缓，高效运行范围宽；减小流量时，特性线变化剧烈
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