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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
航空领域所涉及的许多流体力学题目都与运动边界息息相关，比如发动机内部的转/静干涉题目，气动弹性题目，物体运动发声题目等等。虽然许多计算流体力学方法（CFD）已经日趋成熟，也有许多商业设计软件可供工程师使用，但以上提到的涉及到运动边界的流体题目的数值模拟依然没有得到很好的解决，相关物理过程中存在的一些机制还没有得到揭示。鉴于发动机内部转子/静子相对运动的存在，需要建立更加合适的数值模拟方法来才能更好的认识包含转/静干涉的非定常流体力学题目，进而寻找新的思路来提高发动机性能。另一方面，受Weis-Fogh机制相关研究的启发，本文期望通过对涡的控制来产生非定常高升力来提高叶轮机性能。基于以上两点，本文工作主要围绕怎样求解运动边界相关流体题目和以及如何利用非定常涡升力展开的。首先，本文分别采用了解析方法、涡方法（Vortex Method）和浸入式边界方法（IB方法）来研究运动边界的数值模拟题目。首先通过对扑翼展开、圆柱振荡以及扑翼摆动等等算例，验证了三种方法的可靠性。根据三种方法的优缺点，对于不同物理题目应当有所选择。在此基础上，对传统意义上通过模拟翅膀展开、挥击利用Weis-Fogh机制的运动方式进行了深入的分析研究。其次，本文利用浸入式边界方法建立了在单一坐标系和网格下求解转子/静子干涉题目的计算模型。在此模型的框架下，去除了转/静之间的交界面，避免了引入掺混面等处理多级题目时常用的模型所带来的误差，从而准确的模拟转/静干涉下的非定常流动，并且自然的考虑了周期性边界条件。本文分别在层流和湍流条件下模拟了转子/静子干涉的相关流动，对相关参数做了广泛研究。计算结果表明，在一定条件下，当转子/静子距离靠近时，叶片排的出口总压有明显的提高。层流条件下的平均总压升从0.208提高到0.266，湍流条件下的平均总压升从0.305提高到0.334，分别提高了27.8%和9.5%。流场结果表明当距离靠近时会导致叶片附近涡强度发生明显的变化，进而改变压力场，本文将这种由于转/静干涉引起的涡结构变化所带来的载荷增加称为广义Weis-Fogh机制。研究表明，只要选取合适的轴向距离，就可能利用这种机制在一定范围内提高总压升而只是很小的影响波动幅度。同时本文还初步探讨了时钟效应对叶轮机性能的影响。最后，本文提出通过可控静子这种运动方式来利用广义Weis-Fogh机制提高叶轮机性能，对相关流动进行了数值模拟研究。可控静子是指静子连续的改变其自身安装角来配合转子产生更高的气动载荷。用涡方法模拟了相对简化的1：3的转子/静子机构，探讨了静子不同转动规律对转子载荷的影响。计算结果表明，有静子叶片配合的情况下，特别是在转子叶片攻角比较小时，可以使转子叶片的载荷明显增加。在此基础上，本文基于IB方法分别讨论了多种转子/可控静子的新的气动布局形式。计算结果表明在一定条件下，这种静子配合转子的转动有可能改变叶片表面的涡量分布，进而改变叶片的气动力，提高叶片排的整体工作性能，使级载荷得到提高。在层流条件下，后置静子的摆动最多能将级平均总压升从0.337提高到0.406，前置静子的摆动使平均总压升从0.229提高到0.274，分别提高了20.5%和19.6%。这种运动机构还处于最初步的研究阶段，这仅仅是一种提高压气机压比的尝试，但这对如何利用广义Weis-Fogh机制提高压气机性能初步奠定了继续发展的基础。 |
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发表于 2022-8-24 13:20:19
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