西北工业大学冬青学会组织的《冬青论坛2023-动力强国与能源高效利用系列讲座》特邀国内外动力与能源领域的权威专家，针对“双碳”战略驱动下的动力与能源领域新发展、新技术和新机遇进行专题讲授，旨在帮助行业内广大青年教师和学者明晰前沿学术热点和技术变革的趋势。

2023年4月1日上午10点，西北工业大学动力与能源学院流体机械系系主任王丁喜教授应邀针对《叶轮机非定常流和高效数值分析方法》进行了一场系统深入的专题报告。

王丁喜教授首先介绍叶轮机内的流动具有固有的非定常特性。随着叶轮机朝着高负荷和紧凑的方向发展，其内部的非定常流特性不断增强。非定常流对压缩系统的效率和气动稳定性、气弹稳定性、强迫相应和噪声有重要影响，压缩系统任何性能的进一步提升将来自对其非定常流的更好理解和控制。尽管如此，利用非定常流实现叶轮机性能增益的设想仍然没有得到完全的落实。这主要源于非定常流对叶轮机性能影响的高效定量评估非常困难。

王丁喜教授指出最为直接的非定常流定量评估方法是基于多通道甚至整周计算域，采用双时间步方法在时域直接求解非定常流控制方程。但是这种方法需要消耗大量的内存资源，并且计算耗时长，不适用于工程日常设计对方法时效性的要求。尽管如此，叶轮机内非定常流具有一些独特的时空特性。这些时空特性可以加以利用来发展高效率的数值方法。

高效非定常流数值方法分为三类：时域方法，频率方法和时频域混合方法。时域方法主要利用叶轮机结构的循环对称性和流动的时空周期特性。频域方法包括线性谐波方法，非线性谐波方法和经典谐波平衡方法。时频域混合方法有时域谐波平衡方法和非线性频域方法。其中时域谐波平衡方法具有计算效率高，通用性强，求解稳定性好等特点，因此最受欢迎。

对于时域谐波平衡方法，在多基频非定常流计算中，最为重要的是时间采样。时间采样方法包括近似傅立叶变换方法，过采样方法，最优周期法等。

时域谐波平衡方法all-blade-row method，谐波组方法和多维时域谐波平衡方法都基于一些假设，存在或者或少的问题或者局限性。王丁喜教授提出时间-通道耦合谱方法，采用时间和通道耦合傅里叶级数对叶轮机内的非定常流进行逼近，完美而又简洁地解决了原方法不能耦合解析时空模态和相同频率不同周向模态流动组分的问题。为了真正实现多级叶轮机非定常流的高效数值分析，还需要解决时空耦合采样、转静计算域流场信息的高保真交换和时空模态的选取三个关键问题。为此，王丁喜教授提出了时空耦合采样近似傅立叶变换方法，时空模态分解和匹配方法，时空模态选取准则，从而比较系统地解决了时域谐波平衡方法在多级叶轮机非定常流高效数值分析中存在的问题。

最后王丁喜教授与参会的教师和学生就叶轮机非定常流动方法及其工程应用进行了深入交流，与会人员均表示通过本次报告的学习对叶轮机非定常流有了全面系统的了解。

讲座专家介绍：

王丁喜

西北工业大学动力与能源学院教授，流体机械系系主任。2009年博士毕业于英国University of Durham，2008年至2015年任职于英国SIEMENS Industrial  Turbomachinery Ltd，先后担任senior engineer和principal engineer，2016年入职西北工业大学。长期从事叶轮机气动与气弹数值计算和优化方法研究。提出叶轮机转静交界面时空模态分解与匹配方法，时空多重网格方法，时间-通道耦合谱方法，近似时域非线性谐波方法，时空模态选取经验准则，系统性地解决了时域谐波平衡方法存在的一些问题。

审核：王治武