以单圆柱绕流为研究对象,研究了基于流场瞬态压力脉动进行流场重构的POD方法;探讨了模态阶数对POD重构流场不同位置噪声精度的影响;提出了一种利用单圆柱绕流气动噪声POD模型叠加快速计算双圆柱绕流气动噪声的方法。结果表明非尾流区和尾流区都可以采用POD方法重构,增加模态阶数可以提高POD重构流场噪声的精度;在相同模态阶数下,POD重构流场噪声在非尾流区的精度比在尾流区高;快速计算气动噪声的方法是可行的。

气力输送在工业生产中的应用越来越广泛,减少输送过程中的能量损耗、提高颗粒运送效率变得尤为重要。以90°气力输送管道弯头为研究对象,设计了一种非对称球形弯头,以改善弯头内颗粒流动及分布特性,提高输送效率。采用CFD-DEM耦合方法,讨论了弯头球体半径和进出口管道偏心距对颗粒流动分布特性的影响。结果表明进、出口偏心距增大,旋流增强,弯头内部颗粒堆积减少,颗粒分布更均匀,气体能量转化效率提高;球体半径增大,颗粒能量损耗增加,气体能量转化效率降低,更容易产生堆积。

采用优化方法识别气动力降阶模型的核函数,其基本思想是:为气动力降阶模型的每一个核函数构造一个拟合曲线,优化拟合曲线的参数,使气动力降阶模型的气动力输出和CFD或试验结果一致。二维叶片气动力降阶模型的算例和结果表明:识别得到的核函数与用阶跃方法识别的结果完全一致。

气动力降阶模型是提高气动弹性振动分析速度的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片和机翼的颤振方面,没有涉及尾流激励引起的叶片振动问题。基于小扰动理论,本文将上游尾流傅立叶分解为若干个谐波,分别计算各阶谐波对叶片气动力的扰动,通过线性叠加各扰动,建立了尾流激励的叶片气动力降阶模型。二维叶片的算例表明:本文建立的气动力降阶模型能够描述上游尾流引起的叶片气动力的变化。

气动力降阶模型是研究叶片气动弹性振动快速高效的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方面,没有涉及更为常见的上游尾流激励的叶片振动问题。本文提出基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,为尾流激励下叶片振动和动静叶干涉振动研究提供了新的思路。采用行波法简化尾流的参数个数,用阶跃信号法识别降阶模型的核函数。二维叶片的算例结果表明,本文方法可以较准确地描述尾流激励引起的叶片气动力振荡,而且计算效率极高。

为了解决航空发动机流道内上下游干涉带来的计算量大的问题,提出了一种边界替代降阶模型方法。该方法辨识出研究流域与相邻的上下游流域交界面的气动力降阶模型,并耦合到该研究流域仿真模型的交界面上,用以表征上下游对该流域的影响,由此将多流域计算转化为单流域计算,同时又考虑了上下游的影响。采用一阶Volterra级数降阶模型实现了该方法。结果表明,采用本文方法和所有流域都采用CFD得到的压力和速度一致;本文方法所用的网格更少,可以加速收敛和提高计算速度。

提出了本征正交分解法方法建立叶片气动力降阶模型,快速分析叶片气动特性。采用计算流体力学得到气动力快照矩阵,然后利用本征正交分解法获得尾流激励下的叶片气动力基,从而建立尾流激励下的叶片气动力降阶模型并完成气动力数据重构。分别采用周期信号和正弦信号作为输入,采用计算流体力学和气动力降阶模型方法计算叶片气动力,结果显示采用本征正交分解法降阶模型得到的叶片气动力与计算流体力学计算得到的气动力结果基本一致。证明了基于本征正交分解方法的气动力降阶模型能够快速精确分析尾流激励下的叶片气动力。

为快速求解尾流引起的叶片气动力，提出了基于谐波平衡法的尾流激励的叶片气动力降阶模型方法。对该气动力降阶模型方法进一步的研究发现:小扰动情况下，尾流谐波引起的叶片气动力谐波振幅和尾流谐波振幅的比例系数只与尾流频率有关。基于这一发现，进一步提出了尾流激励下的叶片气动力快速分析方法。该方法首先得到若干谐波尾流引起的叶片气动力谐波振幅与谐波尾流振幅的比例系数，并拟合出这些比例系数与尾流谐波频率的关系曲线;对任意尾流通过该曲线插值出该尾流各谐波对应的比例系数，得到叶片气动力谐波振幅，再由气动力降阶模型求得尾流激励的叶片气动力。算例结果表明:提出的气动力快速分析方法可以快速准确的估计任意尾流激励下的叶片气动力，而无需对不同频率尾流反复的进行CFD气动力计算。