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基于响应曲面法的涡旋管分离器结构优化

机械制造与自动化 2024年第3期53卷 166-171页

作者：胡瑜王锁芳梁晓迪南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

采用响应曲面法和数值模拟方法,以涡旋管分离器结构参数为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,对涡旋管结构进行四因素的优化设计分析。结果表明:叶片数量对压降和分离效率影响较小;旋转角度对压降影响较弱,但对分离效率影响显著,且... 详细信息

采用响应曲面法和数值模拟方法,以涡旋管分离器结构参数为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,对涡旋管结构进行四因素的优化设计分析。结果表明:叶片数量对压降和分离效率影响较小;旋转角度对压降影响较弱,但对分离效率影响显著,且旋转角度与螺距及中心轴轴径对分离器分离性能的交互作用明显;螺距和中心轴轴径对压降和分离效率影响较大,且两者对分离器压降的影响有着很强的交互作用;与初始模型相比,基于响应曲面法设计的优化模型性能较佳。

关键词：涡旋管分离器响应曲面法数值模拟两相流

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供气孔角度对径向预旋系统特性影响的数值研究

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机械制造与自动化 2024年第2期53卷 96-100页

作者：柴金孟王锁芳沈文杰南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为降低航空发动机径向预旋系统的流阻,增加温降,研究供气孔内的流动特性,建立径向预旋系统三维模型,在不同预旋角和旋转雷诺数条件下,采用数值方法研究不同供气孔角度下预旋系统的特性。结果表明:随着供气孔角度的增加,孔内的旋涡逐渐减... 详细信息

为降低航空发动机径向预旋系统的流阻,增加温降,研究供气孔内的流动特性,建立径向预旋系统三维模型,在不同预旋角和旋转雷诺数条件下,采用数值方法研究不同供气孔角度下预旋系统的特性。结果表明:随着供气孔角度的增加,孔内的旋涡逐渐减小,孔内流通性得到改善;系统温降系数增加,在高旋转雷诺数下增幅较大,最大可提高19.3%;供气孔的流量系数有显著提高,最大可提高64.9%,降低了系统的流阻,从而预旋喷嘴出口流量系数及系统无量纲质量流量均有所提高。

关键词：航空发动机径向预旋供气孔角度温降流阻流量系数

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管-翅片复合式减涡器内旋涡破碎大涡模拟

航空动力学报 2023年

作者：张馨丹王锁芳沈文杰南京航空航天大学能源与动力学院

为深入理解管-翅片复合式减涡器的减阻特性，本文采用大涡模拟方法对比分析了基础管式及管-翅片复合式减涡器内的湍流脉动和旋涡尺度，通过相干结构和功率谱等揭示了减涡器内旋涡破碎的机制。结果表明：基础管式减涡器内减涡管通过破碎... 详细信息

为深入理解管-翅片复合式减涡器的减阻特性，本文采用大涡模拟方法对比分析了基础管式及管-翅片复合式减涡器内的湍流脉动和旋涡尺度，通过相干结构和功率谱等揭示了减涡器内旋涡破碎的机制。结果表明：基础管式减涡器内减涡管通过破碎大尺度旋涡来降低压损，而在基础管式减涡器内加入翅片能够进一步破坏上游艾克曼边界层，抑制大尺度旋涡的发展，同时降低的旋流比有效削弱减涡管入口处小尺度旋涡的激增现象，使得减涡管区域熵增降低，进而实现更高程度的旋涡抑制效果，且该效果随着翅片下端安装高度的降低更为显著。在管-翅片复合式减涡器盘腔中，能量积分长度尺度随径向高度的降低先增加后减小；与基础管式减涡器相比，能量积分长度尺度的峰值向高半径方向移动，而在盘腔下游区域相对较低。

关键词：共转盘腔减涡管翅片相干涡旋涡尺度

反旋腰圆形鼓筒孔腔体内旋涡破碎机制与压损特性

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航空动力学报 2023年

作者：沈文杰王锁芳张馨丹南京航空航天大学能源与动力学院

为降低压气机径向引气过程中的压损，本文设计了反旋腰圆形鼓筒孔结构，采用大涡模拟(LES)和经验证的RNG k-ε模型分别探究了腔体内的旋涡演化规律和压损特性，揭示了反旋腰圆形鼓筒孔的旋涡破碎机制与减阻机理。结果表明：反旋腰圆形... 详细信息

为降低压气机径向引气过程中的压损，本文设计了反旋腰圆形鼓筒孔结构，采用大涡模拟(LES)和经验证的RNG k-ε模型分别探究了腔体内的旋涡演化规律和压损特性，揭示了反旋腰圆形鼓筒孔的旋涡破碎机制与减阻机理。结果表明：反旋腰圆形鼓筒孔可降低腔体内压损。高速旋涡在腰圆形鼓筒孔腔体的低径位区域内快速强化，旋涡尺度呈快速增大趋势，致使压损系数随径向高度降低而快速升高。与腰圆形鼓筒孔相比，反旋腰圆形鼓筒孔可有效抑制旋涡尺度增大，相对可降低腔体内15.6%的压损。反旋腰圆形鼓筒孔结构简单且引气过程呈线性状态，具有较高工程应用价值。

关键词：共转腔体鼓筒孔相干涡旋涡尺度压损

基于隐马尔可夫模型的不稳定燃烧模式早期预测方法

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计算机应用 2022年第S1期42卷 380-385页

作者：邓子江刘勇张祥王锁芳南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室(南京航空航天大学) 南京210016

不稳定燃烧存在多种模式,不同模式会导致后继燃烧状态的不同演化,对燃烧室燃烧模式的实时预测能够为抑制不稳定燃烧提供依据并提高燃烧室设计效率。首先对模型旋流燃烧室不同工况下不稳定燃烧特性进行实验研究,获得动态压力脉动数据;随... 详细信息

不稳定燃烧存在多种模式,不同模式会导致后继燃烧状态的不同演化,对燃烧室燃烧模式的实时预测能够为抑制不稳定燃烧提供依据并提高燃烧室设计效率。首先对模型旋流燃烧室不同工况下不稳定燃烧特性进行实验研究,获得动态压力脉动数据;随后建立不稳定燃烧模式-压力脉动数据库;最后在该数据库的基础上,采用隐马尔可夫模型(HMM)作为学习和预测工具,建立模式与压力脉动信号之间的概率模型并对不稳定燃烧模式进行在线识别与预测。研究结果表明,基于实验数据的HMM方法能够在毫秒级准确预测不稳定燃烧是否发生,并且能够较准确识别不稳定燃烧模式。

关键词：早期预测不稳定燃烧隐马尔可夫模型旋流燃烧室燃烧诊断

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分流器对进气粒子分离器性能的影响

航空动力学报 2012年第7期27卷 1542-1548页

作者：况开鑫王锁芳南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了揭示分流器位置及形状对进气粒子分离器(IPS)性能的影响,采用Realizable k-ε湍流模型对IPS进行了数值模拟,得到了分流器沿轴向移动及径向移动对IPS流场、分离效率、总压损失的影响,在此基础之上,研究了分流器唇口处与内壁面最高点... 详细信息

为了揭示分流器位置及形状对进气粒子分离器(IPS)性能的影响,采用Realizable k-ε湍流模型对IPS进行了数值模拟,得到了分流器沿轴向移动及径向移动对IPS流场、分离效率、总压损失的影响,在此基础之上,研究了分流器唇口处与内壁面最高点轴向距离及径向距离的比值及分流器形状对IPS的影响,结果表明:比值较大时,随着轴向距离的增加,总压损失呈下降趋势,且下降梯度较大.当比值较小时,总压损失呈先减小后增加的趋势;与未改变分流器形状相比,分流器形状改变后总压损失有所降低,分离效率提高,并且分流器唇口处最高马赫数有所降低.

关键词：分流器进气粒子分离器总压损失分离效率

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径向预旋系统温降与流阻特性的数值研究

航空动力学报 2013年第10期28卷 2284-2291页

作者：张建超王锁芳南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了探索"预旋降温效应"在航空发动机中应用的新形式,研究径向预旋结构的温降和流阻特性,对径向预旋系统结构的简化模型进行了数值模拟,通过实验验证了数值方法,分析模型内部的流动结构,获得旋转雷诺数和无量纲质量流量对径向预旋系统... 详细信息

为了探索"预旋降温效应"在航空发动机中应用的新形式,研究径向预旋结构的温降和流阻特性,对径向预旋系统结构的简化模型进行了数值模拟,通过实验验证了数值方法,分析模型内部的流动结构,获得旋转雷诺数和无量纲质量流量对径向预旋系统温降和流阻特性的影响规律.结果表明:数值计算得到的结果与实验值趋势一致,最大相对误差不超过20%.计算的参数范围内,当流经径向预旋系统的冷气质量流量一定时,气流温降和压降均随旋转雷诺数的增大而降低;当径向预旋系统工作的旋转雷诺数一定时,气流温降和压降均随无量纲质量流量的增大而增加.

关键词：径向预旋转静系流阻温降旋流比

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进口流量对无管式减涡器流阻特性影响研究

推进技术 2020年第6期41卷 1276-1285页

作者：夏子龙王锁芳南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点试验室江苏南京210016

为分析进口流量对压气机引气系统无管式减涡器压力损失的影响及无管式减涡器减阻效果,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对无管式减涡器开展研究,并与直喷嘴模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,建立了... 详细信息

为分析进口流量对压气机引气系统无管式减涡器压力损失的影响及无管式减涡器减阻效果,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对无管式减涡器开展研究,并与直喷嘴模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,建立了无管式减涡器流阻特性"S"形曲线三分区模型,分析了无管式减涡器各截面间压力损失及其占比随无量纲质量流量变化规律。在计算流量范围内,与直喷嘴模型相比,无管式减涡器平均可降低压气机引气系统压力损失约45.9%。在第二拐点处,共转盘腔内压力损失降低了96.44%,此时无管式减涡器减阻效果最佳,较直喷嘴模型压力损失降低了73.44%。

关键词：无管式减涡器共转盘腔压力损失系数去旋角无量纲质量流量

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连续均匀热气流中液核/袋状破碎特性实验

航空动力学报 2017年第2期32卷 280-288页

作者：金仁瀚刘勇王锁芳盐城工学院汽车工程学院江苏盐城224001 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

为了获得热气流中单液滴液核/袋状破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获.实验设计工况下所得结果表明:1液核/袋状破碎过程是液滴中液体流动与外界气动力共同作用下发生的,可以分为伞形破碎与勺形破碎;2液滴初始直径... 详细信息

为了获得热气流中单液滴液核/袋状破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获.实验设计工况下所得结果表明:1液核/袋状破碎过程是液滴中液体流动与外界气动力共同作用下发生的,可以分为伞形破碎与勺形破碎;2液滴初始直径减小、气流温度增加,都可以降低液滴发生液核/袋状破碎所需最小气动力;3液滴破碎特征时间,随气动力增加呈负增长变化趋势,其值与变化梯度都随液滴初始直径增加而增大;4子液滴质量分数随气动力增加而增加,且随液滴初始直径增加而减小;5子液滴群质量分数的空间离散度都随气动力增加而增加.

关键词：液滴破碎雾化热气流喷雾高速摄相机