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基于代理模型方法的串列泵优化设计

哈尔滨工程大学学报 2016年第3期37卷 438-447,454页

作者：赵宇王国玉黄彪王复峰北京理工大学流体机械工程研究所北京100081

针对叶轮机械传统优化设计周期长、优化效率低等不足,提出了一种基于代理模型的优化设计方法,并应用于串列泵的优化设计,分析了关键设计参数对串列泵性能的影响。选择首、次级叶轮叶片安放角和相位角作为优化参数,选择效率和最小轴向截... 详细信息

针对叶轮机械传统优化设计周期长、优化效率低等不足,提出了一种基于代理模型的优化设计方法,并应用于串列泵的优化设计,分析了关键设计参数对串列泵性能的影响。选择首、次级叶轮叶片安放角和相位角作为优化参数,选择效率和最小轴向截面平均压力系数作为优化设计目标函数,用来表示串列泵的外特性和空化特性。采用不同的方法建立代理模型,并采用敏感度分析方法和Pareto front方法进行参数影响分析和最优点的选取。采用数值计算的方法对优化后的串列泵外特性和空化特性进行验证,得到结论如下:提出的方法可以较好地应用于串列泵的优化设计,优化结果表明串列泵设计流量附近的效率和空化性能均得到提升。首、次级叶轮相位角对串列泵性能影响较小;首、次级叶轮叶片安放角对串列泵效率的敏感度之比和设计的载荷之比相同,首级叶轮叶片安放角是串列泵的空化特性的主要影响因素。

关键词：轴流泵串列叶栅系统优化设计代理模型方法空化特性

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基于拉格朗日方法的非定常空化流动研究

工程力学 2015年第9期32卷 222-228页

作者：赵宇王国玉黄彪吴钦王复峰北京理工大学机械与车辆学院北京100081

采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数、拉格朗日拟序结构和粒子追踪方法对绕水翼典型非定常云状空化流场进行研究。采用计算流体动力学方法获得空化流场数据数值,湍流模型采用经典大涡模拟方法,空化相变过程采用基于相间质量... 详细信息

采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数、拉格朗日拟序结构和粒子追踪方法对绕水翼典型非定常云状空化流场进行研究。采用计算流体动力学方法获得空化流场数据数值,湍流模型采用经典大涡模拟方法,空化相变过程采用基于相间质量传输的Zwart模型进行处理。根据有限时间李雅普诺夫指数分布在空化核心区域定义了前缘拟序结构和尾缘拟序结构。在不同的空化发展阶段,两种拟序结构相互作用并呈现不同的分布规律,揭示不同空化发展阶段的典型流场结构。

关键词：空化非定常有限时间李雅普诺夫指数拉格朗日拟序结构粒子追踪

基于拉格朗日方法的水翼尾缘非定常涡旋结构研究

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北京理工大学学报 2015年第7期35卷 666-670页

作者：赵宇王国玉黄彪吴钦王复峰北京理工大学流体机械工程研究所北京100081

湍流中涡旋结构的非定常脱落是普遍存在的,其脱落规律的研究具有广泛的工程应用背景,探索有效的涡旋结构预测方法具有重大意义.采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数方法对水翼尾缘附近涡旋结构的非定常发展过程进行研究.采用... 详细信息

湍流中涡旋结构的非定常脱落是普遍存在的,其脱落规律的研究具有广泛的工程应用背景,探索有效的涡旋结构预测方法具有重大意义.采用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数方法对水翼尾缘附近涡旋结构的非定常发展过程进行研究.采用大涡模拟方法对水翼周围湍流场进行计算,通过与实验结果进行对比,验证数值模拟方法的合理性与准确性.并在此基础上,对水翼尾缘的非定常涡旋结构进行分析.结果表明:尾缘涡旋非定常动态行为导致水翼动力特征准周期性波动.有限时间李雅普诺夫指数方法可以准确描述尾缘涡的非定常流动细节,拉格朗日拟序结构可以捕捉水翼尾缘涡旋结构和尾迹涡街结构的边界.

关键词：水翼涡旋结构拉格朗日拟序结构(LCS) 有限时间李雅普诺夫指数方法(FTLE)

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基于密度分域的混合湍流模型的应用与评价

北京理工大学学报 2010年第10期30卷 1170-1174页

作者：黄彪王国玉袁海涛王复峰北京理工大学机械与车辆学院北京100081

结合数值计算和实验结果评价了一种基于密度分域的混合湍流模型.实验采用高速录像和LDV测量技术观察了绕Clark-y型水翼云状空化随时间的流场结构变化和速度分布.数值模拟中,基于非定常空化的流动现象,建立了一种基于密度分域的混合湍流... 详细信息

结合数值计算和实验结果评价了一种基于密度分域的混合湍流模型.实验采用高速录像和LDV测量技术观察了绕Clark-y型水翼云状空化随时间的流场结构变化和速度分布.数值模拟中,基于非定常空化的流动现象,建立了一种基于密度分域的混合湍流模型,并分别应用不同的湍流模型计算了绕水翼非定常云状空化流动.通过与实验结果的对比表明,分域湍流模型能够更好地调整流场内的湍流黏性,精确捕捉到空穴形态和空泡脱落的非定常细节,时均流场速度分布与实验值基本吻合.

关键词：混合密度空化流动湍流黏性

非均相流模型在绕回转体通气空化流动计算中的应用

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工程力学 2016年第1期33卷 18-24页

作者：王复峰王国玉尤天庆黄彪郭百森北京理工大学机械与车辆学院北京100081 装备学院昌平士官学校北京102249 北京宇航系统工程研究所北京100076

结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应... 详细信息

结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应用均相流模型,能够更准确地模拟绕带空化器回转体的通气空化流动的空泡形态和通气空化流场的非定常特性和空泡区域的速度分布,更好地捕捉到空化区域内反向射流运动的非定常过程。

关键词：非均相流模型空化器回转体通气空化数值计算

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通气空化多相流动特性的实验与数值研究

工程力学 2016年第9期33卷 220-226,234页

作者：王复峰王国玉黄彪王志英赵宇北京理工大学机械与车辆学院北京100081 装备学院昌平士官学校北京102249

为了进一步分析通气空化多相流的特性,采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕带空化器回转体的通气两相流动和通气三相流动的结构进行了对比分析。实验中采用高速全流场流动显示技术获得了通气空化多相流动的空泡形态;数值模拟中采用滤... 详细信息

为了进一步分析通气空化多相流的特性,采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕带空化器回转体的通气两相流动和通气三相流动的结构进行了对比分析。实验中采用高速全流场流动显示技术获得了通气空化多相流动的空泡形态;数值模拟中采用滤波器湍流模型(FBM)进行了数值计算,获得了空泡形态和流线分布,数值模拟获得的空泡形态与实验一致。结果表明,由于空化数的不同,在相同通气率下,绕回转体通气空化三相流动的空泡形态不同于通气两相流动;同时空泡的非定常行为也发生了大的变化。

关键词：回转体通气空化多相流动空泡形态数值模拟

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带空化器回转体空化流场研究

哈尔滨工程大学学报 2015年第7期36卷 959-964页

作者：王复峰王国玉张敏弟黄彪刘涛涛北京理工大学机械与车辆学院北京100081 装备学院昌平士官学校北京102249

为深入研究绕带空化器回转体的空化流场结构,采用试验和数值模拟的方法对带不同尺度空化器回转体的空化流动进行了研究。运用高速全流场流动显示技术获得了不同空化数下绕回转体的空泡形态,运用粒子图像测速技术(DPIV)测量了相应工况下... 详细信息

为深入研究绕带空化器回转体的空化流场结构,采用试验和数值模拟的方法对带不同尺度空化器回转体的空化流动进行了研究。运用高速全流场流动显示技术获得了不同空化数下绕回转体的空泡形态,运用粒子图像测速技术(DPIV)测量了相应工况下流场的时均速度和时均涡量分布。研究结果表明:空化器尺度对绕回转体空化流动有重要影响,对于自然空化,不同尺度空化器初生空化数不同,空化器越大越有利于空化的产生,并有利于空泡的发展;对于通气空化,在相同通气率下,绕小尺度空化器回转体产生的空泡长度大于绕大尺度空化器回转体的泡长,且绕小尺度空化器回转体容易达到稳定的超空泡状态。这是由于在大空化器后部流动分离明显,存在更加复杂的漩涡运动,从而不容易产生稳定的空泡。在相同通气率和傅汝德数下,绕带不同空化器的回转体形成的空泡形态不同,空泡的脱落方式和周期也不同。

关键词：空化器回转体通气空化空化流场数值模拟粒子图像测速技术

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绕水翼非定常空化流场的实验研究

兵工学报 2012年第4期33卷 401-407页

作者：黄彪王国玉王复峰剧冬梅高德明北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国兵器科学研究院北京100089

为了研究绕水翼非定常空化流动的流场特性,以Clark-Y型水翼为研究对象,采用粒子成像测速系统(PIV)对不同空化阶段,绕水翼空化流场的形态结构、速度场和涡量场等流动特性进行了实验观测。实验结果表明:绕水翼空化流场在发展过程中,随着... 详细信息

为了研究绕水翼非定常空化流动的流场特性,以Clark-Y型水翼为研究对象,采用粒子成像测速系统(PIV)对不同空化阶段,绕水翼空化流场的形态结构、速度场和涡量场等流动特性进行了实验观测。实验结果表明:绕水翼空化流场在发展过程中,随着空化数的降低而呈现不同的阶段型特征,主要表现为:空化数决定了非定常流场结构,随着空化数的降低,空化区域逐渐扩大,并出现了大尺度空泡团脱落的非稳定脉动特性;并且,由于空化流场结构的改变,速度分布表现出明显的特性差异,低速高频脉动区域随着空化数的降低而逐渐扩大,该区域的范围基本上对应于空化区域;在空化的各个阶段,涡量主要集中在翼型中、后部的漩涡分离区域内。当处于云状空化阶段时,水汽混合相的频繁转换使得翼型尾缘处的空化漩涡结构逐渐显现,涡量聚集区由最初的涡带转化为大涡量团的分散分布,而且影响区域明显扩大。

关键词：流体力学水翼非定常空化数字粒子成像系统

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绕三维水翼云状空化现象的实验研究

应用力学学报 2011年第2期28卷 105-110,211页

作者：时素果王国玉王复峰高德明北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

为了研究云状空化阶段空穴发展和脱落的机理,采用实验的方法对绕三维水翼云状空化流动进行了研究。实验在高速水洞中进行,采用高速摄像技术研究了不同空化阶段的空穴形态,并测量了翼型所受的升阻力,并对上述数据进行了频谱分析。结果发... 详细信息

为了研究云状空化阶段空穴发展和脱落的机理,采用实验的方法对绕三维水翼云状空化流动进行了研究。实验在高速水洞中进行,采用高速摄像技术研究了不同空化阶段的空穴形态,并测量了翼型所受的升阻力,并对上述数据进行了频谱分析。结果发现:在云状空化阶段,观测到空穴的产生-发展-脱落-溃灭的准周期性变化;并捕捉到空泡脱落时附着在翼型前端的U型空穴和翼型方向上不同强度的反向射流;空泡由翼型中前部开始呈漩涡状脱落。将升力通过FFT变换得到了对应的频谱图,得到空穴脱落的频率为24.3Hz。

关键词：云状空化升阻力频率 U型空穴