任意旋成面叶栅C类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

本文给出了任意旋成面叶栅C类气动杂交命题的周角函数型变分有限元解法。研制了相应的程序,成功地计算了轴流式与离心式叶栅的算例。对于给定的叶片设计厚度分布和吸力面上的设计压力(或速度)分布,应用本文的计算方法可直接解出满足设计要求的叶型型线以及流动特性参数分布。     

轴流式叶轮机S_2流面气动半反命题的变分原理与广义变分原理

本文建立了轴流式叶轮机S_2流面气动半反命题的一族变分原理与广义变分原理,并对复连通区的情况(例如包曼式透平级和涡轮风扇发动机中),提出了相应的处理办法。为了简化边界的处理,文中充分发挥了自然边界条件和人工分界面的有力作用,把全部边界条件(包括转轮区同静轮区的交接面条件)都化成了自然边界条件。本文结果为采用有限元法、变分一差分解法以及各种变分直接解法提供了一个较完密的理论基础。     

转子内含激波跨声速全三元流动各类杂交命题统一的变域变分理论:(Ⅰ)势流

本文在文[2,3]的基础上,将文[1.16]所提出的各类杂交气动命题统一的变域变分理论推广到全三无亚声速和跨声速流动,从而将常规的正命题和反命题统一起来,并加以推广。文中建立了三类典型的杂交命题的三族变分原理及其广义变分原理的普遍形式,并顾及了叶面及内外环壁上的抽(喷)气分布。我们应用变域变分工具成功地处理了全部未知边界与间断面(例如激波、自由尾涡面),将几乎全部界面条件(包括Rankine-Hugoniot激波关系式)都转化成自然条件。本文理论为叶片的气动设计与改型提供了一系列新途径,为有限无法及其他变分直接解法提供了新的理论基础,同时也是叶片最优设计理论[6]的一个重要组成部分。     

任意旋成面叶栅B类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

本文建立了任意旋成面叶栅B型周角函数变分有限元方法,并成功地应用于轴流叶栅和离心叶栅的气动设计计算,从而可使叶型设计建立在更加科学和合理的基础之上。     

叶型气动设计的杂交型方法计算软件

将建立在气体动力学变分原理基础上的叶栅气动正问题与杂交问题有限元计算程序加以组合，构成一种具有特色的叶片型线气动设计软件，使叶栅的气动计算、叶型的设计修改以及两者的相互校核可以方便进行．采用Visual Basic和Visual Fortran混合语言编写界面操作程序，并与图像显示软件相结合，提高了设计计算过程的直观性与可操作性．     

旋转叶轮内含激波跨声速三元流动的变分原理与广义变分原理(Ⅱ)

作为文[1、8、19)的继续和发展,本文建立了转轮内含激波跨声速全三元势流,Beltrami流动和有旋流动正命题的两族用流函数表示的变分原理。文中藉助于泛函的变域变分,成功地将大部分边界条件和各种未知间断面(例如激波面和自由尾涡面)上的界面条件(包括广义Rankine-Hugoniot激波关系)都转化成了自然界面条件,以简化其数值处理。本文旨在为建立一个能求解含未知间断面的跨声速流动的新方法提供一完密的理论基础,在与一种能自动调整的间断有限元以及人工可压缩性相结合后,可望能自动而清晰地算出各种未知间断面。这里所建立的势流和Beltrami流的诸变分原理只适用于波前马氏数不太高的情况,而有旋流的诸变分原理则完全不受这种限制。本文结果可应用变域变分工具推广到杂交命题上去。     

机翼和任意族成面叶栅气动正命题的新提法及其变分有限元解法

本文给出了机翼和任意旋成面叶栅流动的正命题（势函数的定解问题）的新提法及其变分有限元解法．将机翼的Ｋｕｔｔａ条件及叶栅主、分流叶片的广义Ｋ－Ｊ条件作为本质边界条件，可以有效地处理机翼和叶栅中分流叶片的割缝条件以及主流叶片的下游周期性条件，避免了传统方法中反复调整机翼及分流叶片环量、叶栅出口气流角以满足Ｋ－Ｊ条件的人工方法，实现了程序自动化，提高了计算速度．     

多分流喷咀叶栅气动变分有限元分析

在蒸汽透平的高压级中,喷咀叶栅的高宽比相当小,一般l/B<1,端损比较严重。为了减少这种损失,本文提出一种新的由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构,以改善高压级喷咀叶栅的气动性能。为了对这种多分流喷咀叶栅进行全流场计算,本文采用了较先进的气动变分有限元方法。以国产30万千瓦机组高压第一压力级为例,对实际运行的带矩形加强筋的窜喷咀结构,带锥形加强筋的窄喷咀结构以及由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构进行了全流场的气动有限元计算。从计算所得的速度分布曲线可知,带矩形加强筋的窄喷咀结构的气动性能最差,而由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅的气动性能最好,它是改善蒸汽透平高压级热经济性的有效途径。     

旋转叶轮内完全三元不可压缩流动各类杂交命题统一的变域变分理论

本文在前文[3、4、5]的基础上,应用泛函变域变分的工具,进而建立了叶轮机内不可压缩流体完全三元势流各类杂交命题(正命题是其中〈H_A×H_A〉型杂交命题的一个最简单的特例)统一的变分原理族。这一理论为三元叶轮的设计和改型提供了一系列新的合理途经,也是叶轮最优化理论的重要组成部分,并可以进一步推广到可压缩流体和有旋流动上去。     

完全的广义变分原理在分析动力学中的应用

本文提出并证明了分析动力学中的各级不完全的广义变分原理和一个完全的广义变分原理.文中首次把开关函数应用于变分原理,使论述简洁明了.在这些变分原理中,动力学方程、初始位置条件、终了位置条件和几何约束条件,全部或者部分地不是事先必须满足的,即它们已成为变分原理的自然条件,因此给试函数的设计和分析力学的变分计算提供了一种新的有效的方法.     

“叶轮机械三元流动变分原理及有限元计算”项目获机械工业部重奖

机械土业部最近对1678年以来获得部科技成果一等奖及相当于该水平的四十个科研项目进行评选,选出十四项予以重奖。我院刘高联副研究员领导的“叶轮机械三无流动变分原理及有限元计算”项目入选并受到重奖。该项目完整地建立了叶轮机械气动力学各类命题的内容,建立了S_1流面、S_2流面的正命题、反革题、杂交命题的变分原理族、广义变分原理族、     

任意旋成面叶栅边界层和损失计算

本文应用变分有限元方法和边界层理论对实际叶栅内部流场进行了数值计算,求出了中心势流场的速度和压力分布、型面边界层特征参数、叶栅损失系数及型面摩擦损失系数。计算结果与实验数据吻合较好。文中所建立的方法和编制的计算程序可用于对轴流式或离心式叶栅进行计算,并以此判断叶栅性能优劣,改善叶型和设计高效叶栅,减少不必要的试验经费。     

关于电磁場有限元法中变分原理的探討

变分原理是有限元法的理论基础。过去,许多著作对正定型算子的偏微分方程边值问题所对应的变分原理作过不少论证。但是,在电磁场中,其偏微分算子不全是正定型的,那么,它所对应的变分原理应该给予怎样的解释?本文将对电磁场有限元法中涉及到的正定型和非正定型两种算子的有关问题进行论证。     

任意旋成面叶栅跨声速流动变域变分及可变结点的间断有限元解法

本文在叶轮机械任意旋成面正命题变分理论的基础上,对含激波跨声速叶栅绕流的变分泛函进行了间断有限无数值离散,用人工密度与间断元变域变分相结合的方法求解了任意旋成面跨声速的挚函数近似方程,获得了比较理想的计算结果。     

任意旋成面上带分流叶片叶栅气动正命题的有限元解(流函数形式)

本文应用八节点等参数元对任意旋成面上带有分流叶片叶栅的气动正命题变分公式进行有限元展开。用迭代法求解所得的非线性方程组,解出流函数场,进而求得速度场。编制了能自动划分网格的719机计算程序。对NASA叶片进行了实例计算。计算结果表明,本文建立的计算方法和程序,只需将分流叶片数给为零,即可计算不带分流叶片的任意旋成面叶栅流场。文中对不同叶片数的叶栅进行了计算,并给出了叶片上速度分布曲线。     

分区的平面弹性多变量变分原理

将平面弹性问题的多类变量变分原理进一步推广应用于分区,并形成分区的平面弹性多变量变分原理。该原理涵盖了平衡、应力函数、位移－应变、协调和物性共五大类基本方程和所有各分区的边界条件,是一个具有更加广泛意义的平面弹性分区变分原理。     

多分流叶栅S_1旋成流面上的气动正命题有限元新解法及试验研究

分流叶栅或串列叶栅的流场计算和试验研究是透平机械S_1流面问題中的一个重要课题。但求解分流叶栅或串列叶栅的气动正命题是比较困难的,主要在于确定准确的出气角和绕分流叶片的环量值或者分流比。本文在用有限元素法求解多分流叶栅或串列叶栅S_1任意旋成流面上的气动正命题时,把绕叶片的环量位作为无节点的自变量进行直接求解,而不是把它作为一个强加边界条件来处理,从而避免了以前为使叶片尾缘满足广义库塔条件所需的迭代过程。计算与实验结果吻合良好。本文还用自编的程序对多分流叶柵进行了多方案的计算,提出了一种气动性能较好的汽轮机高压隔板多分流叶栅设计,并对这种多分流叶栅和带不同加强筋的叶栅进行了静吹风试验,试验结果表明,这种多分流叶栅比原来带加强筋叶栅的流动损失明显下降。     

接触力学中的变分原理

接触问题是工程结构、加工工艺中经常面临的重要问题之一。石油工业中钻铤螺纹联接、钻柱与井壁的/接触、钻头与岩石的接触等;铁路工业中桥梁与混凝土基础的准静态接触,火车车轮与轨道的滚动接触等都是接触问题的典型例子。而接触问题中最难最关键的问题就是建立其变分泛函和求解的方法。介绍和总结了近年来关于接触力学中变分原理发表的有关文献和使用的理论和方法,并对这些理论和方法进行了分析和比较。为建立适合于石油钻铤螺纹联接的接触变分原理奠定了基础。     

透平平面叶栅大负攻角分离流的研究

为了研究透平叶栅大负攻角分离流动的性质,在平面叶栅风洞上对叶栅流道内部及出口半叶高处的流场作了细致的测量,并测得了相应叶高处的叶型表面静压分布。用流动显示方法确定了叶型压力面上的分离区,初步拟出了分离流流型,并用二维时间推进法计算了无分离及有分离时的流场,得到了与实测值较为吻合的叶型表面静压分布及其它流动参数的分布。     

论弹性力学广义变分原理的临界变分现象

应用拉氏乘子法消除Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理的约束关系时，在识别拉氏乘子的过程中，会出现拉氏乘子为零的现象，这种现象称为临界变分现象，本文提出了一些新的观点来解释这种现象。