● 摘要
常规的燃气涡轮发动机多是基于稳态或半稳态流动，而现在大家已经充分意识到不稳定流动和燃烧系统的潜能，可以通过发展动力学不稳定过程和设计来提高推进系统的性能，波转子就是其中的设计之一。它直接利用动力学波进行能量交换，将其嵌入燃气涡轮发动机中，可在不提高材料和冷却技术的前提下，大大提高发动机的效率和单位功率，从而减少燃油消耗和降低污染。很长时间以来，这些性能优势引来国外众多科研工作者的关注，但由于在理论和技术上仍存在一定的问题，所以它还仅仅为专业工程师所了解，并没有得到广泛的应用。目前，随着数值和实验研究方法的进步，人们开始再次关注波转子性能优势，进行了系列的研究。本文就是在了解了国外波转子的研究方法与研究现状的基础上，采用多种数值方法分析波转子内流场。 整理了国外的各种研究思路后，本文从激波管分析入手，研究了简单管道内波的产生、发展、传播和反射现象。单个通道旋转一周即为一个循环，理论上讲，给定合适的时间边界条件，即可简单的分析循环流动，为初步的设计提供参数。相比一维计算，二维模拟可显示更多的流场信息，本文的后两章就对波转子内的二维流场进行了模拟。二维稳态模拟程序计算了三端口和四端口两种结构，设计状态下的计算结果与其它分析方法的结果基本一致。非设计状态结果显示，通道倾斜角度主要影响波的形状，它可完全改变内部场的分布；转速则主要改变反射波的位置；初场和边界条件会影响收敛情况。最后，用FLUENT软件模拟了单个通道的非定常二维场，它不只显示了通道内波的传播过程，还可从中看到端口逐渐开放的影响。