研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力。建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算。计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高轴承的承载力。轴承承载力同样会随着供气压强的增大而增大,但增幅会随着供气压强的增大而逐渐变小。但当供气压强增加到临界值时,由于节流孔附近激波的出现,将导致承载力随着供气压强的进一步增大而降低。通过改变轴承节流孔张角,可消除轴承气膜内的涡流现象,并改善气膜流场特性,降低能量损失,提高轴承承载力。经过分析对比,发现最优节流孔张角介于50°到60°之间。

为了分析跨音速转子叶尖间隙高度对转子叶尖流场的影响,以某轴流压气机跨音级为研究对象,采用全三维数值模拟方法,探讨了设计点和近失速工况下叶尖泄漏涡与激波的相互作用现象及不同的间隙条件下叶尖泄漏涡的演化、发展规律。计算结果表明,与设计点相比,近失速工况下间隙泄漏涡在流场中的位置及其与叶片弦长的夹角基本不变,但其对激波的影响更大。此外,随着叶尖间隙的增大,叶尖泄漏涡的强度、尺寸和影响范围也会逐渐增加,降低叶片的扩压能力。

针对气体流经笼套式节流阀所引起的气动噪声问题,采用CFD软件与声学软件联合仿真的方法,研究了笼套式节流阀气动噪声的产生机理和噪声频谱特性。研究结果表明:流经节流阀的气体遭遇小孔缩流断面的节流作用,在小孔出口处速度剧烈增加形成超音速欠膨胀射流,引发剧烈的速度、压力脉动,形成了强烈的湍流噪声和激波噪声,小孔节流结构是阀门流噪声产生的根本原因;阀门内部流噪声的频谱呈现宽频带特性,且气动噪声低频部分能量较大,沿工作介质流动方向高频噪声幅值迅速下降,主要噪声的频带向低频带移动。

为了研究压气机相似模化过程中叶顶间隙对性能的影响规律,以某燃机压气机前1.5级为对象,采用数值模拟方法,研究了不同缩尺比例压气机的性能变化规律及机理。结果表明缩尺模化时若保持叶顶间隙尺寸不变,则压气机模型机性能会下降,导致换算的原型机峰值多变效率下降约1.4%~3.38%,压比下降约0.88%~3.17%;叶顶间隙对流场相似性影响主要集中在叶片顶部流道区域,造成该区域流动不满足相似条件。分析流场发现,随着缩尺模化比例增加,叶顶间隙相对泄漏流量增加,叶顶流道内低速区范围扩大,泄漏涡在径向的影响范围和强度也增加,这是导致缩尺模化后流动堵塞程度加重、性能下降的主要原因,增加缩尺模化比例还会加剧叶顶泄漏流对激波的削弱。

为解决真空管道磁浮系统气动热问题,研究管道内气动热分布特性至关重要。以某高速磁浮列车为研究对象,基于Sutherland黏性公式及SST k-ω湍流模型,数值仿真了三维可压缩亚声速真空管道磁浮系统的气动特性及气动热效应,考虑的阻塞比范围为0.1~0.4、列车运行速度为600~1 000 km/h,研究了列车表面温度分布、列车尾部温度分布及管道激波的传播规律。研究结果表明不同工况下头车与中间车表面温度变化呈缓慢下降趋势,由于尾部激波产生而造成尾车表面温度上升明显,且升高幅值随速度与阻塞比增大而增加。在壅塞状态下,尾车鼻尖处最高温度与阻塞比及速度基本呈线性关系。尾车流线型顶部与悬浮间隙处均有激波产生,管道内激波具有典型的三维特性和周期性,在轨道与管道表面之间反射的激波簇形成尾部低温与列车后方高低温交替特性。

为了支撑服役环境下压气机气动性能的评定,通过数值仿真研究了叶尖掉块对跨声速压气机转子气动性能的影响规律和机制。首先利用实验结果对数值仿真方法进行校验,验证了方法的可靠性,进一步对不同形式叶尖掉块下压气机气动性能进行了仿真分析。研究结果表明转子叶尖掉块会使得压气机正常工作状态下压比和效率略有降低,导致压气机近失速点流量明显增大,单一叶尖掉块对应压气机流量稳定裕度下降41.7%;在大流量工况下压气机气动性能与掉块叶片的相对位置并无直接关联,但在近失速点,掉块叶片不相邻时会使得对压气机压比和效率下降更多,但近失速点流量对掉块叶片相对位置的变化并不敏感;转子叶尖掉块会增强叶尖区域泄漏流动,强的泄漏流动与叶片通道激波发生相互作用会引起泄漏涡的破碎,引起较大的流动堵塞和损失,导致压气机气动性...

以研究真空羽流环境下近距卫星底板的受力问题为目的,采用基于NS方程的连续流数值仿真方法开展分析研究。发现了燃气比热比通过影响激波形状和膨胀扇区进而影响下游平板受力的结果。获得了比热比和总压为该类问题关键参数,平均分子量和总温为非关键参数,以及比热比增加将导致羽流在底板上产生的轴向力减小的结论。通过等效比热比混合气体的计算结果,说明了开展该类喷流影响模拟试验的可行性。

利用磁悬浮技术、管道内抽真空形成低压运行环境,真空管道列车理论上可以实现超过1000 km/h的运行速度。封闭管道导致气动环境复杂,同时列车悬浮运行使列车运行姿态极易发生改变,列车流固耦合效应明显。为探究真空管道列车流固耦合理论及分析方法,对真空管道列车气动研究进展、轨道列车流固耦合特性研究进展进行了综述,分析了真空管道列车流固耦合关键技术,提出了需要重点发展的真空管道列车流场分析技术、流固耦合分析技术和控制技术,可为真空管道列车流固耦合机理研究提供参考。

以跨音速轴流压气机1.5级为研究对象,采用数值模拟方法研究了跨音级内部流动损失机理、转子通道中的尾迹、激波输运过程以及波系结构的演化。结果表明,激波向上游输运的过程中,受到进口导流叶片（IGV）的切割作用,使IGV的尾缘受到强烈的周期性交替应力。静子前缘周期性地切割转子尾迹,同时尾迹与主流的掺混对下游流场影响很大。

确定堆积粉尘的本构方程对讨论有关现象是十分重要的，设计了一种测试方法，利用阴影摄影和带示踪粒子的X光脉冲摄影，记录激波与堆积粉尘相互作用的流场，再通过对该流场的理论分析，以确定堆积粉尘的本构方程，以国淀粉为例，对所测的方程做了实验验证。