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跨声轴流压气机转子尾迹的总压平均方法

航空动力学报 2013年第12期28卷 2813-2820页

作者：王偲臣林峰 Scott C.Morris Joshua Cameron 聂超群中国科学院大学物理学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院先进能源动力重点实验室北京100190 Department of Aerospace and Mechanical Engineering University of Notre Dame Notre Dame 46556 USA

对一台跨声轴流压气机转子的尾迹流场进行了数值模拟研究和总压实验测量,结合理论分析方法,研究了面积平均和质量平均这两种常用的总压平均方法在跨声轴流压气机转子尾迹测量中的联系与差异.结果表明:在靠近转子尾缘的测量截面,由于转... 详细信息

对一台跨声轴流压气机转子的尾迹流场进行了数值模拟研究和总压实验测量,结合理论分析方法,研究了面积平均和质量平均这两种常用的总压平均方法在跨声轴流压气机转子尾迹测量中的联系与差异.结果表明:在靠近转子尾缘的测量截面,由于转子尾迹流场中存在总压高而轴向速度低的区域,导致面积平均总压大于质量平均总压;而随着尾迹与主流在下游逐渐掺混均匀,面积平均总压又小于质量平均总压.两种总压平均方法的这一规律性关联可以在研究压气机转子尾迹特征尤其是进行数值计算和实验测量结果对比分析时提供一些有价值的参考.

关键词：跨声压气机转子尾迹总压测量质量平均面积平均

一种容腔效应标定技术及其在高频响动态探针中的应用

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航空动力学报 2011年第12期26卷 2749-2756页

作者：李继超王偲臣林峰聂超群 Shoen M P 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100190 College of Engineering Idaho State University

介绍一种容腔效应标定方法,以理论模型推导与实验验证相结合的方式,完成了对高频响动态探针的动态标定,并通过ARMAX(自动回归滑动平均)模型辨识得到了容腔的传递函数.结果表明该方法简单可行,能够很好地通过探针的动态响应信号来确定探... 详细信息

介绍一种容腔效应标定方法,以理论模型推导与实验验证相结合的方式,完成了对高频响动态探针的动态标定,并通过ARMAX(自动回归滑动平均)模型辨识得到了容腔的传递函数.结果表明该方法简单可行,能够很好地通过探针的动态响应信号来确定探针容腔的传递函数,从而确定测量信号和真实信号之间的关系,对今后考虑容腔效应的动态标定提供了参考.

关键词：高频响动态探针容腔效应阶跃响应 ARMAX(自动回归滑动平均) 模型辨识

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叶轮机械非定常测量的快速响应熵探针

工程热物理学报 2016年第1期37卷 95-98页

作者：王偲臣杨林林峰聂超群中国科学院工程热物理研究所中国科学院先进能源动力重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

研制了一种用于叶轮机械非定常测量的新型快速响应熵探针,通过对总温和总压的动态测量,计算得到动态熵增。探针采用基尔探头捕捉大偏角来流总参数;采用半无限引压管及其传递函数提高探针时空分辨率;探头内部的热膜进行动态总温测量。通... 详细信息

研制了一种用于叶轮机械非定常测量的新型快速响应熵探针,通过对总温和总压的动态测量,计算得到动态熵增。探针采用基尔探头捕捉大偏角来流总参数;采用半无限引压管及其传递函数提高探针时空分辨率;探头内部的热膜进行动态总温测量。通过对热膜各参数和总压测量传递函数的标定,完成了对探针动态特性和测量精度的分析。对一台低速压气机转子尾迹的测量结果表明,此探针具备足够的时空分辨率,能够用于叶轮机械非定常流动的熵增分布测量。

关键词：熵探针总温热膜叶轮机械

低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究

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航空学报 2015年第5期36卷 1422-1431页

作者：李继超刘乐杜娟王偲臣林峰中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190

周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用,但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此,在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律,在该台压气... 详细信息

周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用,但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此,在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律,在该台压气机上得出了扩稳效果最好的槽位于40%~60%轴向弦长,而当单槽位于27%轴向弦长附近时,其扩稳效果最差。在此基础上,选取了最优扩稳槽位和最差扩稳槽位进行详细的壁面非定常流场测量和尾迹测量,对比分析了光壁条件与各单槽处理机匣对叶顶间隙泄漏流和转子尾迹的影响。结果表明,采用扩稳效果最优槽位之后,周向单槽能推迟叶顶间隙泄漏流与主流交界面前移,以及减弱叶顶间隙泄漏流非定常性,且能明显增强尾迹区1BPF（叶片通过频率）的能量,同时减弱0.5BPF的能量,达到扩稳的目的。而对于扩稳效果最差槽位而言,叶顶间隙泄漏流与主流交界面直到失速前也无法跨过单槽从叶片前缘溢出,周向单槽改变了叶顶间隙内部诱发突尖失速先兆的扰动传播方式;另外,其对转子尾迹区0.5BPF和1BPF的影响也比较小,从而使得其扩稳效果减弱。

关键词：压气机周向单槽机匣处理尾迹失速裕度改善

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低速轴流压气机转子尾迹三维动态测量

航空动力学报 2014年第12期29卷 2957-2964页

作者：王偲臣李继超林峰聂超群中国科学院大学物理学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室北京100190

对一台低速轴流压气机的转子尾迹进行了三维动态测量,采用锁相平均、方均根和功率谱密度等分析方法对低速轴流压气机转子在节流过程中尾迹流场的稳态和动态特征进行了研究.结果显示:在绝对坐标系下,转子尾迹有高总压和高方均根特征,且... 详细信息

对一台低速轴流压气机的转子尾迹进行了三维动态测量,采用锁相平均、方均根和功率谱密度等分析方法对低速轴流压气机转子在节流过程中尾迹流场的稳态和动态特征进行了研究.结果显示:在绝对坐标系下,转子尾迹有高总压和高方均根特征,且在不同叶高的强度不同;转子尾迹与主流的掺混作用导致平均总压升系数的快速衰减;功率谱密度分析表明,在接近失速点时,转子尾迹90%叶高以上出现0.5倍叶片通过频率的特征频带且其功率随着流量减小而增大.

关键词：轴流压气机转子尾迹三维动态测量尾迹总压衰减压气机失速

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辉光放电等离子体对气压变化的响应特性

电工技术学报 2016年第24期31卷 54-61页

作者：李帆焦俊凯罗海云王偲臣林峰中国科学院大学物理学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室北京100190 清华大学电机系气体放电与等离子体实验室北京100084

当代气体动力学研究经常需要测量超高频流动现象，而目前使用的测量技术手段频响存在瓶颈。基于辉光放电等离子体原理测量气压的方法，频响由驱动电源载波频率决定，有望突破此瓶颈，进而捕捉更细致精确的非定常流动信息。在进行高频、... 详细信息

当代气体动力学研究经常需要测量超高频流动现象，而目前使用的测量技术手段频响存在瓶颈。基于辉光放电等离子体原理测量气压的方法，频响由驱动电源载波频率决定，有望突破此瓶颈，进而捕捉更细致精确的非定常流动信息。在进行高频、超高频交流驱动实验之前，首先需要研究稳态气压对辉光放电等离子体的影响，即在直流驱动不同电极间隙条件下辉光放电具有的不同放电模式，以及该放电模式下辉光放电的维持电压对较宽范围不同稳态气压（0.5～1.0atm）的响应规律。实验结果表明：间隙50μm电流控制在3～4.5mA范围，探针工作在反常辉光放电模式，电压随着气压增大而单调变小；间隙250μm电流控制在2～3.5mA范围，探针工作在亚正常辉光放电模式，电压随着气压增大而单调增大；间隙190μm时探针电压几乎不随气压变化。

关键词：辉光放电等离子体稳态气压放电模式响应规律

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动叶下游非定常特征的实验

航空动力学报 2018年第2期33卷 422-430页

作者：于成海王偲臣马宁林峰中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049

在自主搭建的低速大尺寸轴流压气机实验台上,使用动态四孔探针和壁面安装的Kulite动态压力传感器进行了详细的实验测量,研究了动叶下游的非定常特征及其流动机理。通过分析动叶下游总压的功率谱密度PSD(power spectrum density),发现在... 详细信息

在自主搭建的低速大尺寸轴流压气机实验台上,使用动态四孔探针和壁面安装的Kulite动态压力传感器进行了详细的实验测量,研究了动叶下游的非定常特征及其流动机理。通过分析动叶下游总压的功率谱密度PSD(power spectrum density),发现在叶顶区域存在0.4倍叶片通过频率BPF(blade passing frequency)左右的非定常频带。这种总压波动频带主要是由轴向速度的波动引起,随流量工况点接近失速点而逐渐增强,在向下游传播的过程中逐渐衰减。波动区域根据总压PSD的衰减速度可以分成两个部分,靠近机匣壁面的部分波动强度衰减较快。综合分析动叶下游的涡量和机匣壁面静压PSD等测量结果,发现这种非定常频带的强弱和衰减跟叶顶泄漏涡与边界层、尾迹的互相作用密切相关。

关键词：流动稳定性非定常动态测量低速大尺寸压气机叶顶泄漏涡

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基于半无限引压管效应的动态压力测量方法

航空动力学报 2014年第10期29卷 2457-2463页

作者：杨林王偲臣林峰李继超聂超群中国科学院大学物理学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室北京100190

实验研究了动态压力信号在有限和半无限引压管腔中传播的幅频特性及其与引压管结构变化的规律性关联.采用半无限引压管结构设计了头部为基尔整流罩的动态总压探针,测量大角度来流的气流总压,并对其动态传递函数进行标定.对一台轴流压气... 详细信息

实验研究了动态压力信号在有限和半无限引压管腔中传播的幅频特性及其与引压管结构变化的规律性关联.采用半无限引压管结构设计了头部为基尔整流罩的动态总压探针,测量大角度来流的气流总压,并对其动态传递函数进行标定.对一台轴流压气机转子尾迹的测量结果显示:动态总压探针可以测量到转子尾迹的总压流场特征,获得叶片端区流动等大梯度总压流场.对于采用引压管腔的动态探针设计中管径变化和弯曲造成信号能量的衰减作用,半无限引压管效应可有效减小动态压力信号的能量衰减,并减弱管腔的谐振效应.

关键词：动态压力测量半无限引压管时间分辨率空间分辨率动态传递函数

轴流压气机叶顶泄漏流与突尖先兆失稳机理的研究进展

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推进技术 2017年第10期38卷 2208-2217页

作者：杜娟王偲臣李继超耿少娟聂超群中国科学院工程热物理研究所工业燃气轮机实验室北京100190

首先回顾了近几十年来国际上在轴流压气机内部流动失稳机理方面具有代表性的研究成果,然后介绍了作者研究团队从叶顶泄漏流的视角研究压气机失稳机理所开展的主要工作,研究结果证实了叶顶泄漏流非定常性在低速亚声和高速跨声压气机转子... 详细信息

首先回顾了近几十年来国际上在轴流压气机内部流动失稳机理方面具有代表性的研究成果,然后介绍了作者研究团队从叶顶泄漏流的视角研究压气机失稳机理所开展的主要工作,研究结果证实了叶顶泄漏流非定常性在低速亚声和高速跨声压气机转子中存在的普遍性,揭示了在节流直至失速工况过程中叶顶泄漏流的非定常波动和三维空间结构特征。主要表现为:(1)叶顶泄漏流由定常变为非定常波动,且非定常波动强度不断增强。(2)泄漏流与主流交界面的轴向位置不断向叶片前缘移动,最终溢出叶片通道,并诱发突尖失速先兆。这两方面特征的内在驱动力是节流过程中不断提高的泄漏流与主流轴向动量比。这些研究成果在发展主/被动扩稳技术和阐释扩稳机理研究中凸显出重要的应用价值。

关键词：叶顶泄漏流非定常交界面旋转失速流动失稳机理轴流压气机