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畸变进气下压气机三维黏性数值计算模型

航空动力学报 2012年第7期27卷 1472-1478页

作者：时培杰乔渭阳魏佐君陈萍萍西北工业大学动力与能源学院西安710072

通过对压气机环形无叶片通道求解带源项的N-S(Navier-Stokes)方程,实现对压气机全通道流场的计算,建立了压气机三维黏性非定常数值计算模型.源项是由三维计算流体动力学(CFD)求解器定常计算的气流参数计算得到,求得不同工作点源项大小,... 详细信息

通过对压气机环形无叶片通道求解带源项的N-S(Navier-Stokes)方程,实现对压气机全通道流场的计算,建立了压气机三维黏性非定常数值计算模型.源项是由三维计算流体动力学(CFD)求解器定常计算的气流参数计算得到,求得不同工作点源项大小,然后根据进口参数对源项插值得到当前计算点源项.采用该模型对某跨声速单级压气机在均匀进气下性能和流场的计算结果与实验结果进行了对比,两者能够较好的一致,验证了模型的可靠性;之后应用该模型对周向总压畸变进气下的流场和性能进行了计算,分析了畸变进气对压气机三维流场和性能的影响,并引入压气机失稳判据分析畸变对压气机稳定性的影响.

关键词：计算模型黏性求解器源项畸变进气性能稳定性

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轴流压气机叶尖射流扩稳数值计算模型

航空动力学报 2013年第7期28卷 1549-1556页

作者：时培杰乔渭阳魏佐君许坤波西北工业大学动力与能源学院西安710072

基于体积力方法将压气机叶片对气流的作用力和做功简化为源项,对环形无叶片通道求解带源项的Navier-Stokes(N-S)方程,实现了压气机全通道流场的计算,通过在转子上游机匣施加射流建立了轴流压气机叶尖射流扩稳数值模型.模型中的源项根据... 详细信息

基于体积力方法将压气机叶片对气流的作用力和做功简化为源项,对环形无叶片通道求解带源项的Navier-Stokes(N-S)方程,实现了压气机全通道流场的计算,通过在转子上游机匣施加射流建立了轴流压气机叶尖射流扩稳数值模型.模型中的源项根据叶片排进口气流参数进行变化,通过判断施加的人工扰动变化确定压气机失稳边界.采用该模型对某跨声速单级压气机在有、无射流下的性能和稳定性进行了计算分析,无射流下计算的该压气机性能和稳定边界与试验结果都能较好地一致,其中稳定边界流量仅相差0.7%;有射流下射流对压气机具有明显的扩稳效果,将计算结果与国外公开文献的结果进行了对比,验证了模型的可靠性.

关键词：轴流压气机叶尖射流扩稳源项稳定边界人工扰动

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机匣造型设计对涡轮叶尖泄漏流损失的影响

航空动力学报 2015年第3期30卷 714-725页

作者：魏佐君乔渭阳时培杰赵磊西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对带叶尖间隙的T106高负荷低压涡轮叶栅,基于耦合了Langtry-Menter转捩模型的Menters SST(shear stress transport)两方程模型,数值研究了涡轮叶片全机匣造型和部分机匣造型对叶尖泄漏损失的影响.计算结果表明:机匣造型设计的引入... 详细信息

针对带叶尖间隙的T106高负荷低压涡轮叶栅,基于耦合了Langtry-Menter转捩模型的Menters SST(shear stress transport)两方程模型,数值研究了涡轮叶片全机匣造型和部分机匣造型对叶尖泄漏损失的影响.计算结果表明:机匣造型设计的引入重新组织了叶尖区域内的涡系结构及损失成分,且这一改变明显受到机匣造型圆弧高度的影响;叶尖间隙内靠近压力面分离泡的展向尺度增大,分离泡形成的堵塞效应降低了叶尖泄漏流动能;而部分机匣造型处理可以缓解叶片通道内因局部扩张而引起的横向流动,使得出口展向损失减小区域进一步扩大,从而造成叶栅出口损失的明显下降;相对原始机匣,最大降幅可达6.1%.间隙敏感性分析表明,两种机匣造型在一定的间隙范围内能够有效降低叶尖泄漏流损失,而且部分机匣造型具有更宽的有效间隙范围和更大损失减小量.

关键词：涡轮机匣造型轴对称机匣处理叶尖泄漏流叶尖泄漏流损失控制

基于水滴型带状前缘的涡轮端区损失控制数值研究

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航空动力学报 2015年第2期30卷 473-482页

作者：魏佐君乔渭阳赵磊时培杰西北工业大学动力与能源学院西安710072

探索了基于水滴型带状前缘的涡轮端区损失控制方法,研究了水滴型带状前缘对于涡轮二次流损失的控制机理.以典型的高负荷低压涡轮叶片T106叶栅为对象,对比分析了不同的端区叶片带状前缘造型设计参数对涡轮端区损失的控制效果.结果表明:... 详细信息

探索了基于水滴型带状前缘的涡轮端区损失控制方法,研究了水滴型带状前缘对于涡轮二次流损失的控制机理.以典型的高负荷低压涡轮叶片T106叶栅为对象,对比分析了不同的端区叶片带状前缘造型设计参数对涡轮端区损失的控制效果.结果表明:带状前缘的向前延伸长度、吸力面延伸位置和压力面延伸位置对于带状前缘的总压损失系数有较大影响,最佳设计方案可以使T106叶栅总压损失系数减小约5.1%.水滴型带状前缘与余弦带状前缘相比,端区损失的减小量并没有明显差异,但是水滴型曲线与原始叶型的光滑融合不会引起叶型表面压力的局部波动.

关键词：带状前缘水滴型端区损失控制二次流涡轮马蹄涡

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轴流压气机叶尖射流扩稳试验

航空动力学报 2014年第2期29卷 384-390页

作者：时培杰乔渭阳王良锋陈伟杰许坤波西北工业大学动力与能源学院西安710072

采用转子叶尖射流对轴流压气机进行了扩稳试验研究.试验中对无射流的轴流压气机失速起始类型进行了测量,发现该轴流压气机以尖峰波的形式进入旋转失速;之后采用叶尖射流发现射流对压气机的失速起始过程没有明显影响.试验中对射流孔数目... 详细信息

采用转子叶尖射流对轴流压气机进行了扩稳试验研究.试验中对无射流的轴流压气机失速起始类型进行了测量,发现该轴流压气机以尖峰波的形式进入旋转失速;之后采用叶尖射流发现射流对压气机的失速起始过程没有明显影响.试验中对射流孔数目、射流孔周向分布和射流偏转角3个参数对压气机扩稳效果的影响进行了分析.测量结果发现:保持总射流流量不变,增加射流孔数目会降低轴流压气机扩稳效果;而在单个射流孔流量不变的情况下,增加射流孔数目会增大扩稳效果;射流孔周向分布越均匀扩稳效果越明显;射流扩稳效果与转子相对坐标系下的气动参数有直接关系,故采用相对坐标系下射流零攻角方向的动量分量与主流动量比值对扩稳效果进行了关联.

关键词：叶尖射流扩稳压气机旋转失速关联关系

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周向畸变进气下压气机动态失速特性研究

推进技术 2018年第6期39卷 1283-1292页

作者：陈峰时培杰刘东健马护生杨可中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所四川绵阳621000

为研究周向畸变进气下压气机动态失速特性,在一大尺寸低转速压气机试验台上进行了均匀进气和180°周向畸变进气下压气机动态失速实验。采用时域观察、频域快速傅里叶变换以及时频域的同步压缩小波变换、基于同步压缩小波变换的空间模态... 详细信息

为研究周向畸变进气下压气机动态失速特性,在一大尺寸低转速压气机试验台上进行了均匀进气和180°周向畸变进气下压气机动态失速实验。采用时域观察、频域快速傅里叶变换以及时频域的同步压缩小波变换、基于同步压缩小波变换的空间模态分析和小波相干性分析等方法对动态失速信号进行分析。结果发现,畸变进气下,压气机旋转失速发生前出现0.225倍转子转动频率的一阶模态扰动,该扰动在相对畸变网不同位置区域周向传播速度不一致。宽带非定常扰动在畸变区尾缘附近最强,在畸变区前缘附近最弱,并存在周向尺度转化现象。转子转动频率扰动周向也出现强度变化,最大值出现在非畸变区中心附近的测点。周向畸变条件下集总系统模型对比实验结果的分析表明:实验和模型结果符合较好,旋转失速前非定常扰动周向强度和尺度变化主要受流量系数变化的影响,而一阶模态扰动周向传播速度不均匀现象是畸变进气下压气机系统特性作用的结果。

关键词：周向畸变动态失速同步压缩小波变换空间模态小波相干性集总系统模型

总压和对涡旋流组合畸变发生器流场S-PIV测试

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航空动力学报 2021年第4期36卷 874-884页

作者：陈峰宗有海马护生时培杰李学臣中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为研究组合畸变对推进系统性能和稳定性的影响,设计了一种总压和对涡旋流组合畸变发生器。该组合畸变发生器利用畸变网生成总压畸变,利用攻角平板产生对涡旋流畸变,并可通过前后畸变网作用进一步增强对涡旋流强度。利用立体粒子图像测速... 详细信息

为研究组合畸变对推进系统性能和稳定性的影响,设计了一种总压和对涡旋流组合畸变发生器。该组合畸变发生器利用畸变网生成总压畸变,利用攻角平板产生对涡旋流畸变,并可通过前后畸变网作用进一步增强对涡旋流强度。利用立体粒子图像测速(S-PIV)技术对3种畸变发生器构型的流场特征和畸变指标进行了测试分析,获取了测试截面流场高空间分辨率的时均值和脉动值特征。结果表明:畸变发生器可产生与S弯进气道出口相似的组合畸变形态;在马赫数为0.2,平板攻角为10°条件下,由攻角平板和前后畸变网共同作用产生的最大旋流角为23°;平板攻角减小时,对涡旋流强度降低,旋流稳定性和对称性降低;进气速度对旋流角的时均值和脉动量的影响较小。在畸变指标方面,提出表示最大和最小旋流角的旋流幅度指标以及周向角度位置指标,以弥补国际自动机工程师学会(SAE)旋流评估方法对小范围强旋流状态评估的不足。

关键词：总压畸变对涡旋流组合畸变翼尖涡立体粒子图像测速(S-PIV)

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跨声速压气机转子叶栅变静压比实验方法

航空动力学报 2024年第11期39卷 160-169页

作者：魏巍任思源李学臣时培杰马护生中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

针对跨声速压气机平面叶栅变静压比实验问题,采用改变实验叶栅模型叶片数和调节背压的方式开展跨声速压气机转子叶栅实验方法研究,并基于计算流体力学(CFD)预测的叶片表面等熵马赫数分布发展了一种来流流场马赫数标定方法,并指导L030-4... 详细信息

针对跨声速压气机平面叶栅变静压比实验问题,采用改变实验叶栅模型叶片数和调节背压的方式开展跨声速压气机转子叶栅实验方法研究,并基于计算流体力学(CFD)预测的叶片表面等熵马赫数分布发展了一种来流流场马赫数标定方法,并指导L030-4压气机转子叶栅近设计点的高静压比实验。研究结果表明减小叶片数和调节背压相结合的方法成功实现压气机叶栅变静压比的实验目的,模型7个叶片时可获得较好的实验效果;基于CFD的来流流场马赫数标定方法实现了L030-4压气机叶栅近设计点高静压比实验,获得的叶栅总压损失、静压比、出口气流角和轴向密流比参数同国外风洞实验数据相比,相对偏差均小于4%,验证了标定方法的合理性。

关键词：压气机跨声速超声速转子叶栅静压比

轴流风扇“尖峰型”失速起始特征及其物理机制的实验及数值研究

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推进技术 2017年第3期38卷 539-550页

作者：强冠杰乔渭阳 Hashmi S F 王良锋时培杰西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为了探索风扇失速起始特征及诱因,采用动态流场测量试验与三维粘性流场数值模拟技术,对单级轴流风扇NPU-fan的"尖峰型"旋转失速流场和基本特征进行了研究。实验研究结果表明,轴流风扇NPU-fan在设计转速和非设计转速下均出现了典型的"尖... 详细信息

为了探索风扇失速起始特征及诱因,采用动态流场测量试验与三维粘性流场数值模拟技术,对单级轴流风扇NPU-fan的"尖峰型"旋转失速流场和基本特征进行了研究。实验研究结果表明,轴流风扇NPU-fan在设计转速和非设计转速下均出现了典型的"尖峰型"全叶展失速的旋转失速现象,动态探针测量捕捉到了"尖峰型"失速先兆波及其特征,并且测量得到扰动波的初始转速均约为70%转速;三维流场计算表明,静子叶根角区失速会严重影响风扇的效率,但并未触发压气机的失稳。NPUfan风扇的失速情形符合Vo等提出的尖峰波失速先兆出现准则,是典型的叶尖区流动诱发的风扇/压气机失稳。

关键词：尖峰型失速失速起始风扇稳定性数值模拟实验测量