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转子动力学研究的回顾与展望一、本文概述转子动力学，作为机械工程和航空航天工程领域的一个重要分支，主要研究旋转机械系统中转子的运动特性和稳定性问题。
随着科技的不断进步和工业的快速发展，转子动力学的研究不仅在理论层面取得了显著的突破，更在实际应用中发挥了不可替代的作用。
本文旨在全面回顾转子动力学的发展历程，总结其研究现状，并在此基础上展望未来的研究方向和潜在的应用前景。
文章将首先回顾转子动力学的起源和发展历程，介绍其从早期的线性理论到现代的非线性、多体动力学理论的演变过程。
接着，本文将综述转子动力学的主要研究内容和方法，包括转子系统的建模、稳定性分析、振动控制等方面，并重点分析当前研究的热点和难点。
在此基础上，文章将展望转子动力学未来的发展趋势，探讨新的理论方法和技术手段在转子动力学研究中的应用前景，以期为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
二、转子动力学研究的回顾转子动力学，作为机械工程和航空航天领域的重要分支，其研究历史可追溯至19世纪末期。
自那时起，科学家们就开始了对旋转机械中转子行为特性的探索，以优化其性能并减少故障。
在20世纪早期，转子动力学主要关注转子的平衡问题，即如何通过设计和加工消除不平衡引起的振动。
随着工业技术的进步，转子的尺寸和速度不断增加，其动力学行为变得更为复杂。
因此，研究者开始关注转子的临界转速、稳定性以及振动控制等问题。
到了20世纪中后期，随着计算机技术的飞速发展，转子动力学的研究方法发生了革命性的变化。
数值分析、有限元法等计算方法的引入，使得研究者能够更准确地模拟和分析转子的动态行为。
同时，实验技术的进步也为转子动力学研究提供了更多手段。
进入21世纪，转子动力学的研究领域进一步拓宽。
除了传统的旋转机械外，还涉及到了风力发电机、燃气轮机、航空发动机等新型旋转机械。
随着对非线性动力学、混沌理论等的研究深入，转子动力学的理论体系也在不断完善和丰富。
回顾转子动力学的发展历程，我们可以看到其从简单的平衡问题发展到复杂的动力学行为分析，从单一的实验手段发展到多元化的研究方法。
风机基础知识及通风机的叶轮转向与叶片旋向目录1. 风机基础知识 (2)1.1 定义与分类 (3)1.2 风机的作用与原理 (4)1.3 风机的主要组成部分 (5)1.4 风机的发展趋势 (6)2. 通风机概述 (7)2.1 通风机的定义 (8)2.2 通风机的用途 (9)2.3 通风机的工作原理 (10)2.4 通风机的选型与安装 (11)3. 叶轮转向与叶片旋向 (13)3.1 叶轮转向 (14)3.2 叶片旋向 (15)3.3 叶轮转向与叶片旋向对风机性能的影响 (16)3.4 如何判断与调整叶轮转向与叶片旋向 (18)4. 通风机的性能指标及评价方法 (19)4.1 性能指标 (20)4.2 性能评价方法 (22)4.3 影响因素分析 (23)5. 风机维护与故障排除 (23)5.1 日常检查与维护 (24)5.2 常见故障及排除方法 (26)5.3 安全性与预防措施 (26)6. 风机应用领域及案例分析 (28)6.1 工业领域应用 (29)6.2 建筑领域应用 (30)6.3 其他领域应用 (31)6.4 案例分析 (32)7. 总结与展望 (33)7.1 基础知识总结 (34)7.2 叶轮转向与叶片旋向研究展望 (35)7.3 风机发展趋势及挑战 (36)1. 风机基础知识风机是一种将机械能转化为气体动能的设备，广泛应用于工业、农业和民用领域。
根据风机的结构和工作原理，可分为离心式风机、轴流式风机、混流式风机等。
风机的主要组成部分包括叶轮、机壳、进风口和出风口。
叶轮是风机的核心部件，其形状和性能直接影响到风机的性能。
叶轮通常由多个叶片组成，这些叶片按照一定的角度安装在叶轮的轮毂上。
当叶轮旋转时，叶片会对空气施加一个向外的力，使空气沿着叶片的方向加速，从而产生气流。
机壳的作用是引导气流顺畅地通过风机，并对气流起到一定的压缩作用。
机壳的设计需要考虑到空气动力学因素，以确保气流在机壳内的流动尽可能顺畅。
离心压气机叶片前缘几何形状对性能的影响
初雷哲;杜建一;黄典贵;赵晓路;徐建中
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2008(29)5
【摘要】本文采用数值模拟的方法研究了不同的叶片前缘几何形状对离心压气机性能的影响,研究表明:圆形前缘与钝头前缘相比能提高压气机的流通能力,并使压比和效率有明显的提高,但同时也会使得工作范围变窄,而椭圆形前缘会使得性能得到进一步的提高.流场分析显示,圆形前缘和椭圆形前缘可以减小叶片前缘造成的分离损失,并减小出口尾迹的损失,从而使得效率提高.采用圆形前缘和椭圆形前缘可以使得从分流叶片前缘位置往后的主叶片的载荷分布比较平均.使得主叶片和分流叶片的载荷分布比较合理,同时椭圆形前缘还可以使得分流叶片的做功能力增加.
【总页数】3页(P767-769)
【关键词】离心式压气机;数值模拟;前缘形状
【作者】初雷哲;杜建一;黄典贵;赵晓路;徐建中
【作者单位】中国科学院工程热物理研究所;中国科学院研究生院,北京100080【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.4
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3.高负荷离心压气机扩压器叶片前缘开槽参数化研究 [J], 张英杰; 韩戈; 董旭; 赵胜丰; 张燕峰; 卢新根
4.高速离心风机叶片扩压器前缘倾角对其性能影响的实验研究 [J], 张伟;宫武旗;樊孝华;席光
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能源与动力工程学院按姓排名69名+2兼职毕勤成蔡睿贤曹子栋车得福陈纯正陈达陈听宽陈学俊丰镇平冯全科郭烈锦郭佑民何雅玲黄淑娟黄佐华惠世恩贾斗南蒋德明李会雄李连生厉彦忠林万超林宗虎刘斌刘圣华刘志刚刘芙蓉* 马重芳毛用泽孟庆集潘克煜祁大同秋穗正史喜成束鹏程苏光辉孙金菊孙弼陶文铨王迪生王良厚王秋旺王群书王尚锦王永昌* 王元危师让吴宏春吴业正吴裕远席光谢仲生邢子文徐建中徐廷相徐通模徐忠严俊杰阴建民俞炳丰俞茂铮袁秀玲张鸣远张宁生赵福华赵福宇郑毅周芳德周龙保__________________________________________________________________姓名出生年月毕业学校主要研究领域陈学俊院士1919.3 1946年美国普渡大学硕士毕业多相流与传热林宗虎院士1933.5. 1957年交通大学研究生毕业多相流及其测量，传热及其强化，换热器设计陈听宽1934.12 1960年西安交通大学研究生毕业多相流与传热，锅炉设计，节能技术徐通模1939.11 1961西安交通大学本科毕业燃烧与气固两相流，污染防治与清洁燃烧曹子栋1943.11 1966年西安交通大学本科毕业多相流与传热，清洁能源燃烧，环境工程,锅炉设计周芳德1945.6 1985年西安交通大学博士毕业多相流与传热工程热物理郭烈锦1963.10 1989年西安交通大学博士毕业多相流热物理，新能源转化，大规模氢能制备张鸣远1945.10 1988年西安交通大学博士毕业汽液两相流体动力学惠世恩1956.12 1979年西安交通大学毕业燃烧与气固两相流，污染防治与清洁燃烧蒋德明1934.4 1956年交通大学本科毕业内燃机燃烧，涡轮增压，缸内气体流动周龙保1934.8 1957年交通大学本科毕业内燃机燃烧，排污控制，代用燃料潘克煜1938.10 1963年西安交通大学本科毕业内燃机传热和热负荷, 内燃机排放及其控制黄佐华1963.5 1994年西安交通大学博士毕业内燃机燃烧田振华1961.5 1991年美国西北大学(Northwestern University, Evanston) 机械工程博士燃烧理论，计算与实验，燃料电池研究徐忠1937.9 1959年西安交通大学本科毕业流体机械气动力学，气固两相流及湍流，流体热力学黄淑娟1940.3 1963年西安交通大学本科毕业流体机械气动热力学，湍流计算及测量，优化设计王尚锦1942.9 1965年西安交通大学本科毕业节能型压缩机设计，CAD/CAM技术祁大同1949.9 1981年西安交通大学硕士毕业高性能流体机械设计研究，风机气动声学设计及降噪研究席光1963.10 1990年西安交通大学博士毕业流体机械内流理论, 工业设计及CFD 技术陶文铨1939.3 1966年西安交通大学研究生毕业传热强化及数值模拟刘志刚1943.9 1967年西安交通大学研究生毕业流体物性的理论与实验研究林万超1934.12 1957年重庆大学本科毕业热力系统理论，节能及诊断俞炳丰1946.11 1981年西安交通大学硕士毕业制冷与空调装置工作过程的计算模拟及其智能控制,CFCs 替代，工程热物理孟庆集1933.1 1956年交通大学本科毕业汽轮机，燃气轮机强度与振动俞茂铮1937.1 1985年德国卡尔斯鲁厄大学博士毕业热力叶轮机械气动热力学与两相流徐廷相1938.7 1966年西安交通大学研究生毕业热力叶轮机械气动热力学与两相流孙弼1943.1 1966年西安交通大学本科毕业湿蒸汽两相流，热力叶轮机械气动热力学丰镇平1956.11 1992年西安交通大学博士毕业热力叶轮机械（气动热力学，计算流体力学，优化）陈纯正1935.9 1957年交通大学本科毕业低温机械与系统工作过程吴业正1937.12 1963年西安交通大学研究生毕业制冷系统热物理过程吴裕远1943.8 1984年英国南安普顿大学博士毕业低温换热器强化传热及低温系统自动控制袁秀玲1942.8 1965年西安交通大学本科毕业制冷低温技术谢仲生1934.1 1958年西安交通大学研究生毕业核反应堆物理理论与数值计算，核燃料管理贾斗南1934.1 1955年交通大学本科毕业核反应堆热工水力分析与实验，两相流与沸腾传热朱继洲1935.5 1956年交通大学本科毕业核反应堆安全与核电厂事故分析束鹏程1940.10 1964年交通大学本科毕业压缩机及制冷技术冯全科1953.7 1998年西安交通大学博士毕业制冷机械及压缩机过程研究李连生1962.1 1995年西安交通大学博士毕业流体机械及压缩机研究开发厉彦忠1958.11 1995年西安交通大学博士毕业低温传热与多相流动刘圣华1964.1 19年西安交通大学博士毕业内燃机燃烧，排污控制，代用燃料何雅玲1963.9 19年西安交通大学博士毕业新型制冷技术及热工理论王秋旺1969.9 1996年西安交通大学博士毕业传热强化及数值模拟秋穗正1965.12 1996年西安交通大学博士毕业汽液两相流动与沸腾传热，核反应堆热工水力理论分析与实验研究苏光辉1966.2 1997年西安交通大学博士毕业汽液两相流动与沸腾传热，核反应堆热工水力理论分析与实验研究吴宏春1964.3 1994年西安交通大学博士毕业核反应堆热工水力分析与实验赵福宇1953.4 20年西安交通大学博士毕业核技术及其应用，核能科学与工程孙金菊1964.5 19年西安交通大学博士毕业透平压缩机旋转失速及湍振，水泵的非设计工况性能预测毕勤成1964.2 2000年香港科技大学博士毕业多相流流动与传热,微通道及紧凑式换热器内流动及传热车得福1962.11 1990年西安交通大学博士毕业多相流动与传热, 煤的清洁燃烧与控制李会雄1966.12 1994年西安交通大学博士毕业多相流与传热，多相流与传热过程的数值模拟方法严俊杰1967.12 1998年西安交通大学博士毕业热力系统经济性和汽液两相流理论邢子文1962.9 1993年西安交通大学博士毕业压缩机及制冷技术注：标有*表示该博导在本学院为兼职。
叶轮机气动力学中的一类新型反问题探索
叶轮机气动力学中的一类新型反问题探索，指的是对于叶轮机运行中的气动力学问题的逆向求解。
叶轮机是一种将流体能量转化为机械能的装置，广泛应用于飞机发动机、涡轮发电机、涡轮增压器等领域。
在叶轮机的设计和优化过程中，气动力学问题是至关重要的。
传统的气动力学问题求解一般是通过已知几何形状和边界条件，来计算叶轮机的气动性能。
然而，在实际应用中，我们可能更关心的是从叶轮机的气动性能反推出其内部结构和形态。
因此，叶轮机气动力学中的新型反问题探索就是尝试从已知的叶轮机的气动性能来反推出其内部结构和形态。
这种逆向求解可以帮助我们理解叶轮机的工作原理，优化叶轮机的设计和性能，并且可以为新型叶轮机的设计提供指导。
在这一类新型反问题探索中，一种常用的方法是基于机器学习和数据驱动的方法。
利用大量的叶轮机气动性能数据，可以通过机器学习算法建立一个模型，将叶轮机的气动性能与其内部结构和形态联系起来。
通过这个模型，可以根据叶轮机的气动性能数据来预测其内部结构和形态。
另一种方法是利用优化算法和逆求解方法。
通过设定目标函数和约束条件，可以将叶轮机的气动性能反推为一个优化问题。
通过求解这个优化问题，可以得到最优的叶轮机内部结构和形态。
总之，叶轮机气动力学中的新型反问题探索是一个具有挑战性和应用前景的领域。
通过研究这些反问题，可以提高叶轮机的设计和优化效率，推动叶轮机技术的发展。
我国工业燃气轮机的现状与前景南京汽轮电机（集团）有限责任公司薛福培一、世界工业燃气轮机的进展趋势1、世界工业燃气轮机的进展途径与现状自1939年瑞士BBC公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来，通过60多年的进展，燃气轮机已在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用。
由于结构上的分野，工业燃气轮机分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机（包括航机改型燃气轮机）。
80年代以后，燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟。
由于其热效率高、污染低、工程总投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点，逐步成为继汽轮机后的要紧动力装置。
为此，美国、欧洲、日本等国政府制定了扶持燃气轮机产业的政策和进展打算，投入大量研究资金，使燃气轮机技术得到了更快的进展。
80年代末到90年代中期，重型燃气轮机普遍采纳了航空发动机的先进技术，进展了一批大功率高效率的燃气轮机，既具有重型燃气轮机的单轴结构、寿命长等特点，又具有航机的高燃气初温、高压比、高效率的特点，透平进口温度达1300℃以上，简单循环发电效率达36%～38%,单机功率达200MW以上。
90年代后期，大型燃气轮机开始应用蒸汽冷却技术，使燃气初温顺循环效率进一步提高，单机功率进一步增大。
透平进口温度达1400℃以上，简单循环发电效率达37%～39.5%，单机功率达300MW以上。
这些大功率高效率的燃气轮机，要紧用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组，由一台燃气轮机组成的联合循环最大功率等级接近500MW，供电效率已达55%～58%，最高60%，远高于超临界汽轮发电机组的效率（约40%～45%）。
而且，其初始投资、占地面积和耗水量等都比同功率等级的汽轮机电厂少得多，差不多成为烧天然气和石油制品的电厂的要紧选择方案。
由于世界天然气供应充足，价格低廉，因此，最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数，亚洲平均也已达36%，世界市场上已显现了燃气轮机供不应求的局面。
燃气轮机技术发展历程及趋势分析一、燃气轮机技术发展历程及趋势燃气轮机是一种以连续流动的气体作为介质带动叶轮高速旋转，将燃料的热能转换为机械功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃气轮机与航空发动机结构类似。
按其功率燃气轮机可以分为轻型和重型，前者通常由航空发动机改装，如世界先进的舰用燃气轮机MT30是由Trent800系列航空发动机派生而来，功率通常在50Mw以内，可用于工业发电、船舶动力、分布式发电等。
重型燃气轮机功率通常在50MW以上，主要用于陆地上固定的发电机组和超大型舰艇。
按其运行的燃气初温分类，燃气轮机可以分为E级、F级、G级和H级等多个等级。
燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域，工作环境需要承受高硫燃气和海水盐分的腐蚀，工作寿命要求达到50,000-100,000小时。
涡轮盘在工作时转数接近10,000转/分钟，燃气轮机涡轮轮盘直径是航空发动机的3-6倍，涡轮轮盘轮缘长期工作在550-60(TC,轮盘中心工作温度则降至450。
C以下，不同部位的温差造成了轮盘的径向热应力极大。
二、营销组织的设置原则企业的具体情况各异，营销机构不可能、也无必要都按一种模式。
但有一些共性原则需要注意和遵循：（一）整体协调和主导性原则协调是管理的主要功能之一。
因此设置营销机构需要注意：（1）设置的营销机构能够协调企业与环境，尤其是和市场、顾客之间的关系。
满足市场、创造满意的顾客，是企业最根本的宗旨和责任；能比竞争者更好地完成这一任务，也是组建营销部门的基本目的。
（2）设置的营销机构能够与企业内部其他机构相互协调，在服务顾客、创造顾客方面发挥主导性作用。
（3）营销部门的内部结构、层级设置和人员安排能够相互协调，充分发挥营销职能的整体效应。
总之，营销职能部门应当面对市场、面对顾客时能代表企业，面对内部各部门、全体员工时能代表市场、代表顾客。
同时内部具有相互适应的弹性，是一个有机的系统。
这是构建“现代营销企业”重要的组织基础。
第33卷 第9期 1999年9月西 安 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF XI AN JIAOTONG UN IVERSITYVol.33 9Sep.1999叶轮机械气动热力学的回顾与展望徐建中(中国科学院工程热物理研究所,100080,北京)摘要:对半个世纪以来叶轮机械气动热力学的重要发展,特别是两类相对流面理论和三维粘性流动的数值解法作了回顾;对其今后的发展,特别是非定常流动研究方面可能取得的巨大进展作了展望.关键词:叶轮机械;内部流动;气动热力学中国图书资料分类法分类号:TK123Review and Prospect of Aerothermodynamics of TurbomachineryX u Jianz hong(Institute of Engineering T hermophysics,Chinese Academy of Sciences,Beiji ng100080,China)Abstract:The v ital developm ent of aerothermodynamics of turbomachinery during the past half centu ry,particularly the theory of two kinds of relative steam surface and the research on numerical meth ods of3 D v iscous flow,have been review ed.Moreover,their future development,especially in the field of unsteady flow,has been prospected.Keywords:tur bomachinery;inter nal f low;aerother modynamics内部流动气动热力学是研究在一定边界范围的空间内流体运动规律的一门学科,是工程热物理学的一个分支.与外部流动相比:一方面,在运动的控制方程中,许多内部流动问题出现与外部流动不同的作用力项;另一方面,即使控制方程相同,由于内部流动中存在各种不同的边界,二者的边界条件亦不一样.因此,内部流动有着与外部流动不同的规律和特点,需要加以专门的、系统的研究.由于各种内部流动通常与工程中使用的各类装置或机械联系在一起,在内部流动方面的研究中:一方面是通过理论分析、数值计算和实验,来揭示流动现象普遍的、共同的规律和主要特征,这属于基础性研究的范畴,同时由于研究对象的复杂性,除采用上述方法外,还不得不使用经验的方法和经验数据,使问题在要求的期限内得以解决;另一方面则是建立这些装置和机械设计的理论体系和相应的计算方法,以提高其性能、寿命和工作可靠性,这些是应用研究的内容.显然,在各种流动问题中,这二者往往是紧密联系在一起的.在各种内部流动中,叶轮机械内的流动是最为复杂的一种.由于其包含旋转部件,控制方程中出现了离力项和哥氏力项,与通常的外部流动有很大的不同,而边界条件和初始条件也更为多样,包括特有的周期性条件等;多排转动和静止叶片交错排列,使收稿日期:1999 04 28. 作者简介:徐建中,男,1940年3月生,西安交通大学兼职教授,博士生导师,中国科学院院士.本文系 庆祝陈学俊院士80华诞暨能源与动力工程科学报告会 的特邀报告.流动具有很强的非定常性;此外,还有叶轮机械所特有的轴向问题和径向间隙.这些区别,使叶轮机械内部流动的图景十分丰富和异常复杂,其研究亦更为困难.此外,有时还要考虑流动与固体之间的耦合作用、流动与传热的相互作用、气固两相流、气液两相流、油气水三相流动、真实气体效应和非New ton流体等,整个问题的解无疑是极其困难的.另一方面,作为一种产生功的机械,叶轮机械是蒸气轮机、燃气轮机和其他许多作功装置的主要部件,在国民经济和国防安全中发挥着十分重要作用.因此,其内部流动的研究一直受到高度的重视.这门学科,最初是随着蒸气轮机的发展而逐步建立起来的.由于控制方程的强非线性和边界条件、初始条件的复杂性,在本世纪三四十年代,不可能对它们进行深入研究,普遍的做法是借助于外部流动关于机翼流动研究的结果,为设计提供简单的一维流动计算方法,即仅在进、出口截面用速度三角形来设计,而无从考虑叶片沿叶高方向的扭转规律.1 两类相对流面理论体系随着燃气轮机在航空发动机中占据统治地位,迫切要求深入研究叶轮机械的内部流动.为了反映叶轮机械流动的本质,我国科学家吴仲华教授指出,必须采用考虑叶片间相互作用的方法来重新研究这一问题.50年代初,他创立了叶轮机械三元流动理论[1],对叶轮机械气动热力学的发展做出了重大贡献.在当时电子计算机的运算速度和储存能力下,不可能直接求解叶轮机械三元粘性流动的控制方程.抓住流动的三元性这一主要矛盾,在三元流动理论中将复杂的三元流动巧妙地分解为两族密切相关的流面上的二元流动.通过这两族流面上二元流动解的迭代便给出了整个三元流动的解.因此,它也常被称为两类相对流面理论,为分析叶轮机械内部流动提供了一个明晰的思路.分析这一理论时,不难发现,流面偏导数架起了从空间的三元流动通向流面上二元流动的桥梁,而流片厚度和流面间的作用力是这一理论的两根支柱.为使两类流面模型的计算方法方便地应用于叶轮机械的复杂边界,又提出了任意非正交曲线坐标系下用任意非正交速度分量表达的基本方程和数值解法[2].这一方法也同时解决了计算机程序的通用性问题.随着计算机的发展和普及,这一理论和相关的计算程序逐渐被广泛地用于国内外叶轮机械的研究和设计.一些著名的航空发动机,如波音707和747飞机、三叉戟飞机、F16等军用飞机的发动机,在设计中都应用了这一理论和方法.在国内,它亦被成功地用于叶轮机械的设计和研究,逐步形成了我国自己的叶轮机械三元流动设计体系与软件包[3].为在设计过程中控制和减少各种流动损失,各种反问题和混合问题的数值解法应运而生.它们大致可分为直接法和间接法两类:前者通过反演变换,得出坐标方程,直接解出待定的几何坐标;后者则是基于正问题的解法,用试凑、修改的方法来确定所需的叶型.目前,在二元反问题研究取得很大成果的基础上,正在开展三元反问题解法的研究.由于三元问题的复杂性,在一段时间内,可能间接法或半直接法更为简便实用.这里的半直接法,是指仅将一个或两个空间坐标作为未知函数来反演和求解.2 三维粘性流动数值方法80年代中期以来,计算机硬件和软件的性能有了突飞猛进的提高;同时,计算流体力学(CFD)中各种方法和差分格式不断出现与改进,这些使求解叶轮机械内部流动三维Navier Stokes方程的研究取得了巨大的进展.以TVD为代表的各种高精度、高分辨率格式[4],不仅大大缩短了计算时间,而且大大提高了计算精度.为适应叶轮机械复杂边界的需要,无反射边界条件[5]被普遍采用.总的说来,叶轮机械求解三维Navier Stokes方程的工作,除了进一步改进数值计算方法,特别是湍流模型方面还有一些工作外,已经成为流动设计和分析的有力工具,得到了广泛应用.对于湍流模型,在相当一段时间内,即使是比较简单的外部流动,尚看不到可能解决的前景,更不用说对复杂得多的叶轮机械的内部流动了.在这种情况下,随着计算机技术的进步,各种直接模拟的方法呈现出方兴未艾的景象,新的解法在不断涌现.另一个发展的重要方向是并行计算,它将大幅度提高计算速度,使大规模的科学和工程计算成为可能.这两个方向的工作,都需要与计算数学等方面的进展相结合,在算法上有所突破.三元粘性流动计算的另一个重要问题是流动与传热耦合的研究.进一步将机理与复杂结构、新的冷2西 安 交 通 大 学 学 报 第33卷却方式相结合,可以大幅度提高涡轮的进口温度,从而改善燃气轮机的性能,延长其寿命.在地面燃机中,已广泛采用包括中间冷却、回热在内的各种复杂循环,这也是提高燃机性能的有效途径.总的说来,在这方面是大有可为的.在上述这些工作的基础上,有可能探讨各种气动优化问题.预计,考虑多点性能的优化方法将得到很大发展,在设计中发挥重要的作用.90年代以来,微发动机(microeng ine)引起了广泛重视.作为其主要部件,微叶轮机械和其它微通道(如燃烧室、排气管道)内的流动与常规流动有很大的区别,包括物理模型、求解方法和试验技术、测量手段等方面.因此,这方面的研究将有一个广阔的天地,可以大有作为,而它的应用也将给叶轮机械和发动机行业注入新的活力.3 叶轮机械流动试验研究由于叶轮机械内部流动极其复杂,实验研究非常重要.随着测试手段的发展,特别是对流场无干扰的非接触式光学测量仪器和响应时间短的动态传感器的出现,实现了深入到流场内部的实验测量.这些先进的测试技术与相应的数据处理软件相结合,为叶轮机械流场的实验研究提供了有力的工具.为了减少实验和测量的困难,更细致地了解流动情况,还设计了各种专门的实验台.例如,为搞清粘性对流动的影响,仔细地研究流动的不同形态和结构,在低速大尺寸旋转实验台上进行了大量试验.这些工作对分析和了解叶轮机械内部复杂的湍流流动、涡系结构、间隙流动等,有着很大的作用.各种叶型的研究,对提高叶轮机械的性能有重要意义.先是弯扭叶片,其应用由透平叶栅扩展到压气机叶栅,成型规律也从单纯弯扭改进为弯扭联合成型.这以后,出现了弯掠(swept)叶片的概念,在当代先进的高性能风扇和压气机中得到广泛应用,对航空发动机的发展起到了很大的作用.今后,为了进一步提高风扇和压气机的性能,应在充分发挥激波增压作用、提高级压比的同时,注意控制各种相关损失,保持较高效率、较大的失速裕度和在低工况时的良好性能.为此,必须开展三维造型方面的工作.应当指出,理论分析、数值计算和实验测试是研究叶轮机械流动的三种主要手段.只有将它们有机结合起来,互相补充和校正,才能深入地揭示流动的基本规律.随着测试手段进一步向动态、三元场测量的方向发展(这一点尤为重要),现代测试技术和计算流体力学已经可以提供流场的丰富信息,为真正深入到流场内部结构的研究展示了美好的前景,也为流动的控制创造了必要的条件.为了识别并进而分析实验和计算所提供的流场信息,有必要采用一些新的数学物理方法.在这方面,混沌理论、分形理论和神经网络方法等可发挥重要作用,而这些理论和方法本身也将得到发展.可以预期,试验研究工作将会出现一个蓬勃开展的局面,各种新的控制流动的手段,亦将在工程中发挥很大的作用.4 非定常流动的研究从本质上讲,由于包含多排转动部件和静止部件,叶轮机械内部流动是非定常的.事实上,正是通过这种流动的非定常性,实现了叶轮机械的功、能之间的转换.随着对叶轮机械性能、工作可靠性要求的不断提高和高参数下多级及整机匹配的日益困难,自然有必要进一步研究其内部非定常流动的规律和特点.为使前述分别在转子和静子中求解三元Navier Stokes方程的方法适用于多排叶片,对转、静子间复杂的相互作用,必须提出正确的简化模型.在这方面,已经取得了一定的进展.有的模型,通过类似Reynolds应力的表观应力项的引入,方程包含了确定性周期非定常脉动对时均流动影响,可作为进一步研究这一问题的基础[6,7].时间精确解是一个重要的研究课题.根据非定常流动方程和初始条件、边界条件本身的特点来求解这种流动,发展理论上严格、计算上简便的算法,还是一个尚未解决的问题,而如何进行多排叶片的计算,则需先建立正确的物理和数学模型.当然,这一工作还应与实验研究紧密结合,以便不断修改、完善模型和计算方法.这方面的研究有可能发现新的、重要的流动现象和流型,丰富甚至改变人们对一些现象的认识,并进而使现今的设计体系发生根本性的变化.在这方面,初步研究发现的热斑现象、时序(clocking)问题等已引起广泛的重视.总之,这一方面的工作将更深刻地从本质上揭示叶轮机械流动的规律,从而使其性能、工作可靠性和寿命都得到进一步提高.还应指出,随着性能参数的不断提高,级间匹配和整机匹配的问题空前严峻,有可能成为提高性能、寿命和工作可靠性的重要障碍.为了解决这一问题,3第9期 徐建中:叶轮机械气动热力学的回顾与展望需在非定常流动方面进行工作,在掌握机理的基础上,提出可行的方法和措施.在叶轮机械特有的旋转失速、喘振等非定常现象的研究上,提出了压缩系统失速和主动控制的概念.与此同时,许多被动控制的方法及其机理的研究,也受到很大的重视,并取得了一定的进展,有些手段还在实际工程中得到了应用.对非定常现象与叶轮机械中叶片、盘、轴等固体部分相互作用的研究,导致了气动弹性力学这门交叉学科的诞生.由于叶片颤振现象的重要性,对于它的研究正在逐步深入,已经从对现象的比较简单的预测方法的探讨,逐渐发展到结合机理研究来建立适用范围较广的预测准则和防止方法.为适应环境保护的需要,近年来叶轮机械气动声学的研究取得很多有意义的进展,使发动机的噪声水平大幅度降低,以达到环保的要求.随着这方面工作的发展,将进一步揭示气动声学现象的机理,不仅可以进一步遏制噪声水平,还有可能用它来激发某些流动现象,改进和控制流动过程.这将是一个有可能取得重大进展的领域.前面已经指出,为了正确识别并充分分析实验和计算所提供的丰富信息,有必要采用一些新的数学物理工具.对于十分复杂的非定常流动来说,由于考虑随时间变化的海量数据的处理,这一点显得尤为重要.5 结 语在航空工业和动力工业需求的推动下,以叶轮机械气动热力学为代表的内部流动气动热力学在过去的50年中,有了巨大的发展.叶轮机械三元流动理论和三维粘性流动计算方法成为分析和设计的有力工具,对这一学科的发展和各类叶轮机械的发展做出了巨大贡献.由于计算技术和测试技术的发展,已经可以得到复杂流场的多种信息,为真正深入到流动内部结构的研究,提供了有力的手段.这方面的工作与新的数学物理工具相结合,为本学科今后的发展展示了美好的前景.面对下一世纪,内部流动气动热力学将根据其流动本身的特点,在继续进行三维粘性流动研究的同时,把非定常流动作为主攻方向,解决包括流动和传热以及它们之间相互作用在内的一系列重大难题,从而更深入地从本质上认识流动的机理和规律,并有可能使现有的设计体系发生重大变化,继续大幅度地改进动力装置的性能和工作可靠性.参考文献:[1] Wu C H.A g eneral t heory of three dimensional flow insubsonic and supersonic turbomachines o f ax ial and 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