叶轮机械中的跨音速流动

第一章 基本方程 1

1 叶轮机械中流场的一般分析与简化 1

2 积分形式的基本方程 2

3 微分形式的基本方程 8

4 基本方程的分析与讨论 12

5 柱坐标系中的基本方程 16

6 叶轮机械几种气动理论概述 19

7 小结 22

参考文献 23

第二章 时间推进有限差分法 25

1 引言 25

2 时间推进法的基本思想 26

3 处理激波的方法 27

4 平面叶栅跨音速绕流问题的提法 31

5 有限差分计算 36

6 算例 43

7 小结 46

参考文献 46

第三章 时间推进有限面积流线迭代法 48

1 引言 48

2 基本方程组和定解条件 49

3 求解域的离散化 51

4 差分格式 54

5 边界计算点上流动参数的确定 57

6 初始流场的确定及逐次加密网格技术的采用 60

7 关于收敛情况的判断 61

8 关于差分格式稳定性的说明 63

9 平面叶栅算例和结果分析 64

10 任意旋成面叶栅的跨音速绕流 69

11 小结 81

参考文献 82

第四章 关于时间推进法中边界条件的讨论 84

1 引言 84

2 特征相容方程组的推导 85

3 平面叶栅绕流问题边界条件的提法及适合于每一类边界的具体的特征相容条件 93

4 边界的近似数值处理 105

5 关于进口边界条件的具体提法 108

6 小结 111

参考文献 111

第五章 叶轮机械中跨音速非定常及定常流动的位函数描述 113

1 引言 113

2 三维速度盘方程 115

3 三维非定常扰动速度位振幅方程 120

4 二维速度位方程 123

5 位函数模型中的等熵激波 125

6 位函数模型中的尾流边界条件 130

7 小结 132

参考文献 133

第六章 平面叶栅跨音速绕流松弛法数值解 134

1 引言 134

2 弦线法向小扰动位势方程及边界条件 135

3 有限差分近似 141

4 二维全位势方程解法 143

5 有关线松弛迭代过程的若干注释 146

6 一些算例 148

7 小结 151

参考文献 151

第七章 定常跨音速势方程的线松弛迭代解法 153

1 引言 153

2 小扰动跨音速势方程差分格式的构造 154

3 全位势方程的旋转差分格式 156

4 线松弛迭代的伪时间相关分析 160

5 线松弛迭代求解过程 165

6 小结 171

参考文献 172

第八章 高速轴流式叶轮机械的叶型研究 173

1 引言 173

2 机翼跨音速翼型发展的简单回顾 173

3 超临界翼型技术在轴流压气机叶型设计方面的应用 176

4 气动数值最优化方法简述 179

5 一种削弱跨音速叶栅流场中激波强度的数值方法 185

6 小结 194

参考文献 194

第九章 平压叶栅正问题、反问题及正、反混合问题的统一解法 196

1 引言 196

2 问题的提法 197

3 差分格式 205

4 解法略述 209

5 算例 216

6 小结 219

参考文献 219

第十章 跨音速叶栅流场的相仿律 221

1 引言 221

2 二维无限叶栅不可压绕流的远场条件 225

3 二维无限叶栅跨音速流场的远场条件 231

4 二维薄而微弯叶型无限叶栅的跨音速相仿律 234

5 跨音速叶栅相仿律的可能用途 238

6 小结 240

参考文献 241

第十一章 叶轮机械中的三维跨音速流动 242

1 引言 242

2 基本方程与定解条件 243

3 积分型的基本方程 246

4 计算方案概述 248

5 算例 256

6 几点结论 265

参考文献 265

第十二章 叶片颤振非定常气动问题简述 267

1 引言 267

2 判别叶片颤振发作的能量法原理 272

3 轴流压气机与风扇叶片的失速颤振 275

4 轴流压气机与风扇的超音速非失速颤振 278

5 堵塞颤振与负攻角失速颤振 281

6 蒸汽轮机叶片颤振 286

7 小结 287

参考文献 288

第十三章 叶片颤振非定常气动问题的物理-数学模型 290

1 引言 290

2 对于有关简化假设的物理分析 291

3 县有不同简化程度的方程组或方程 297

4 对于非定常分离流的处理 304

5 小结 313

参考文献 313

第十四章 跨音速振荡叶栅气动弹性稳定性的数值分析 315

1 振荡叶栅非定常跨音速绕流的解析解 315

2 所用的数学模型 318

3 有限差分方程解法 326

4 叶栅气动弹性稳定性分析 331

5 数值结果分析 336

6 小结 342

参考文献 342 2100433B

《叶轮机械中的跨音速流动》是作者们在叶轮机械中跨音速流动领域多年来研究工作的系统总结。内容包括：平面叶栅跨音速绕流，平面跨音速叶栅设计方法，平面跨音速叶栅的正、反混合问题，任意旋成面叶栅跨音速绕流，叶轮机械中完全三维跨音速流动，跨音叶栅流场相仿律，叶片颤振时的非定常气动问题，平面叶栅中非定常跨音速流动等 。

叶轮机械是一种以连续旋转叶片为本体，使能量在流体工质与轴动力之间相互转换的动力机械。它不同于往复活塞式机械将工质密闭在变容积的空间中，而是与环境贯通，从而较前者具有更强大的通流能力，为大幅度提高机械的功率提供了有效途径。广义地讲，叶轮机械包括燃气轮机、蒸汽轮机、风力机、水轮机等原动机和鼓风机、水泵等工作机；狭义上的叶轮机械一般指以可压缩流体为工质的燃气轮机和汽轮机。

遵循流体力学中的连续性方程、动量方程、动量矩方程、能量方程。设计时往往利用速度三角形和欧拉公式进行初步设计，我国科学家吴仲华教授在NACA工作时提出的三元流动理论（S1S2流面理论）是叶轮机械领域一座里程碑，对叶轮机械发展起到了极大帮助，至今仍在被广泛使用。现如今CFD技术的进步让叶轮机械的设计变得更加容易，但是由于CFD耗时较多，所以过去的设计方法仍在沿用。

叶轮机械是一个综合性的工程学科，涉及有流体力学、工程热力学、计算流体力学、气体动力学、传热学、结构力学、转子动力学、材料学、控制科学等领域，还需要先进的加工、密封、轴承、测量等技术作为支撑，叶轮机械的先进程度考验了一个国家综合的科学技术实力。

《天然气跨音速气水分离技术》从天然气跨音速气水分离技术的实际出发，结合国内外最新进展和成就，反映了天然气跨音速气水分离理论的最新研究成果。《天然气跨音速气水分离技术》由石油工业出版社出版。

本工作试图通过几代机理外流流型发展与叶轮机械流型间的比较研究，对叶轮机械流型提法及代别别划分进行较系统的分析归纳。比较研究结果表明，叶轮机械流型与机理定常附流型具有本质必性区别，主要由于叶轮机械流动非定常理所致，与机理第一代定常附体流型对应，现有的叶轮机第一代流型可改集称为叶轮机无控制流型。下一代的流型在机理上将与机理，第三代非定常流型有一定关联，但也有本质性差异，可改为称之为叶轮机械非定常主动控制流型，根据上述思路，本工作重点是建立叶轮机械非定常流动模型。包括三维气动稳定模型与三维主动控制模型，并在压比/流量特性图上给出了旋转失速边界预测值与实测值之对比，从而说明三维效应之重要作用。