《基於邊界渦量流的浸入式運動邊界方法研究》是依託北京航空航天大學，由李秋實擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於邊界渦量流的浸入式運動邊界方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李秋實
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於高速旋轉的葉輪機械進行失速、喘振等非定常不穩定流動進行預測是目前世界上仍然面臨的流體力學難題之一。其難點在於以下幾方面：對於葉輪機失速點全周三維非定常流場的快速求解和失速擾動傳播中的非定常力的精確模擬問題；由於葉片的運動或變形而導致的運動固壁邊界信息的傳遞和微分不連續等數學定解問題；上述物理和數學的兩類問題在多空間和時間尺度求解時的確定性喪失問題等。本項研究利用邊界渦量流等渦動力學泛函來施加浸入式運動邊界條件，在保證物理上動力學守恆的同時，通過邊界渦量流與固壁幾何的天然物理聯繫，把固壁邊界的空間變化轉換為當地壓力梯度即力源的變化；同時，通過建立周向渦量與周向平均的粘性力的物理數學聯繫，簡化粘性體積力模型，在極大節省計算資源的情況下仍能保持較高的求解精度。項目所研究的計算方法將通過精心設計的實驗進行驗證，其研究成果對於快捷、準確的失速/喘振預測有很大的工程套用價值。
結題摘要
為進一步拓寬壓氣機的穩定工作裕度，推遲失速/喘振等流動不穩定現象的發生；在壓氣機設計水平提高，壓氣機葉片負荷整體增高的背景下，開展對於壓氣機失速/喘振現象的預測工作是必要的。本項基金立足於開發新型非定常數值模擬工具，並進行了壓氣機尤其是跨音壓氣機失速/喘振現象的預測，發現了新的物理現象，取得了以下創新成果： “算得快”——通過一種基於突躍條件（物理量在邊界兩側的突變）的浸入式界面方法，發展了一套完整的針對中、低Re數的不可壓流動的 CFD 程式，該方法具有高精度、高計算效率的特點。 “算得準”——通過考慮徑向摻混效應，從而更加準確地刻畫壓氣機內部流場，有利於更準確地在快速預測方法中模擬端區的失速擾動。通過將徑向摻混係數加入到體積力模型，從而更準確地捕捉壓氣機的端區擾動，並快速精確地模擬擾動在壓氣機中的傳播狀態。 “抓得對”——以跨音軸流壓氣機為研究對象，經過合理布局實驗測點，發現了不同於國際公認的兩種失速先兆的新物理現象，在世界上首次公開提出了新型失速先兆——局部喘振（Partial Surge）；通過揭示局部喘振的發生機理，結合突尖波、模態波的發生條件，證明了壓氣機徑向負荷分布可以影響失速先兆發生的位置和形態。 “用得好”——本項基金對影響徑向負荷分布和端區徑向摻混效果的關鍵變數進行研究，發展了壓氣機葉片造型的快速回響面最佳化方法，最最佳化分配了葉片徑向負荷分布，最佳化了間隙的變化規律，有效地降低了激波損失和泄漏損失。 基金基本按原計畫執行，但根據實際進展情況調整了部分研究內容，並針對新的物理髮現擴展了研究內容，研究成果引起了國際葉輪機不穩定流動學術界的廣泛關注，共發表SCI期刊論文9篇、EI期刊論文25篇，國際會議論文6篇，獲授權國家發明專利1項，培養博士生7名、碩士7名，達到了基金研究目標。
