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Novel data-driven sparse polynomial chaos and analysis of covariance for aerodynamics of compressor cascades with dependent geometric uncertainties

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Chinese Journal of Aeronautics 2024年第6期37卷 89-108页

作者： Zhengtao GUO Wuli CHU Haoguang ZHANG tianyuan ji School of Power and Energy Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China

Polynomial Chaos Expansion(PCE)has gained significant popularity among engineers across various engineering disciplines for uncertainty ***,traditional PCE suffers from two major ***,the orthogonality of polynomial basis functions holds only for independent input variables,limiting the model’s ability to propagate uncertainty in dependent ***,PCE encounters the"curse of dimensionality"due to the high computational cost of training the model with numerous polynomial *** practical manufacturing,compressor blades are subject to machining precision limitations,leading to deviations from their ideal geometric *** deviations require a large number of geometric parameters to describe,and exhibit significant *** efficiently quantify the impact of high-dimensional dependent geometric deviations on the aerodynamic performance of compressor blades,this paper firstly introduces a novel approach called Data-driven Sparse PCE(DSPCE).The proposed method addresses the aforementioned challenges by employing a decorrelation algorithm to directly create multivariate basis functions,accommodating both independent and dependent random ***,the method utilizes an iterative Diffeomorphic Modulation under Observable Response Preserving Homotopy regression algorithm to solve the unknown coefficients,achieving model sparsity while maintaining fitting ***,the study investigates the simultaneous effects of seven dependent geometric deviations on the aerodynamics of a high subsonic compressor cascade by using the DSPCE method proposed and sensitivity analysis of *** joint distribution of the dependent geometric deviations is determined using Quantile-Quantile plots and normal copula functions based on finite measurement *** results demonstrate that the correlations between geometric deviations significantly impact the variance of aerodynamic performance and the flow ***,

关键词： Data-driven sparse polyno-mial chaos Analysis of covariance Dependent uncertainty Aerodynamic performance Compressor cascade

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Investigation of non-uniform leading-edge tubercles in compressor cascade:Based on multi-objective optimization and data mining

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Chinese Journal of Aeronautics 2024年第7期37卷 134-152页

作者： jiezhong DONG Wuli CHU Haoguang ZHANG Bo LUO tianyuan ji Ziyun ZHANG School of Power and Energy Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710129China

Corner stall receives noticeable attention in the aeroengine field as an important phenomenon in highly-load ***-uniform leading-edge tubercles,as an effective method to delay stall,are introduced into the *** this paper,the shape of leading-edge tubercles was controlled by a third-order Fourier *** judge corner stall,a more precise stall indicator for compressor cascade with flow control methods was ***,the total kinetic energy of the secondary flow at large incidence was adopted as a parameter for stall evaluation to save computing *** results of multiobjective optimization reveal that the loss coefficient exhibited negligible variation at design incidence,while the total kinetic energy of secondary flow showed a significant reduction at large incidence,resulting in a substantial increase in stall *** the optimal profiling cases,the stall incidencewas delayed from 7.9°to 11.6°.The major purpose of the research is to provide proper design guidelines for nonuniformleading-edge tubercles and uncover the flow controlmechanisms of leading-edge ***,the geometric features that meet different optimization objectives were extracted through geometric analysis near the Pareto Front and through Self-OrganizingMap(SOM)dataminingmethods in the optimization ***,flow field analysis reveals the flow control mechanism of leading-edge *** convex-concave-convex structure at the 0%-70%blade height region can form two branches of leading-edge vortex pairs that are opposite in the rotation direction to the passage *** two branches of leading-edge vortex pairs mixed with the leading-edge separation vortex to form two stronger mixed vortices,which can effectively suppress the development of passage vortex and delay stall incidence.

关键词： Corner stall Non-uniform leading-edge tubercles Stall indicator Stall evaluation parameter Mixed vortex

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Energy regulation of impulse current generator modulated DC arc discharge

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High Voltage 2024年第5期9卷 1046-1058页

作者： ji Li jingfeng Tang Yuqing Lou Haoran Zhang Lu Wang tianyuan ji Daren Yu Ximing Zhu School of Energy Science and Engineering Harbin Institute of TechnologyHarbinChina

This paper proposes a method of impulse current generator modulated DC arc by combining the advantages of pulse and the RF to solve the low electron energy problem of direct current *** experimental analyzing the electrical,spectral,and optical characteristics of the arc,the effect of impulse current generator(ICG)on improving electron energy is *** results show that the ICG consumes more energy to enhance the strength of arc discharge,and therefore electron energy is increased in a microsecond *** addition,it is found that the electron energy of the arc discharge can be adjusted by varying inductance,capacitance,and discharge tube:increasing the inductance or capacitance can increase the electron energy firstly and then decrease *** adjusting the three adjustable components,adjusting the inductor is the most effective method,followed by adjusting the capacitor,and adjusting the repetition frequency has the least *** reason is discussed,and it is believed that the results are related to leakage inductance and distributed capacitance.

关键词： generator capacitance repetition

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Numerical simulation of the start-up process of a miniature ion thruster

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Plasma Science and Technology 2022年第7期24卷 63-73页

作者： Xinyong YANG Liqiu WEI Wenjia jiANG tianyuan ji Liwei ZHOU Hong LI Yongjie DING jingfeng TANG Ning GUO Daren YU School of Energy Science and Engineering Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001People's Republic of China Key Laboratory of Aerospace Plasma Propulsion Ministry of Industry and Information TechnologyHarbin 150001People's Republic of China Science and Technology on Vacuum Technology and Physics Laboratory Lanzhou Institute of PhysicsLanzhou 730000People's Republic of China

A particle-in-cell Monte Carlo collision model of a discharge chamber is established to investigate the start-up process of a miniature ion *** present the discharge characteristics at different stages(the initial stage,development stage,and stable stage)according to the trend of the discharge current with *** discharge current is the sum of the sidewall current and the backplate *** the start-up process,the sidewall current lags behind the backplate *** variation and distribution characteristics of the discharge current over time are determined by the electron density distribution and electric potential distribution.

关键词： miniature ion thruster discharge chamber start-up process Monte Carlo collision

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Atmospheric pressure pulsed modulated arc discharge plasma

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Plasma Science and Technology 2023年第12期25卷 57-62页

作者：李寄唐井峰张浩然王璐纪添源于达仁朱悉铭 School of Energy Science and Engineering Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001People’s Republic of China

Direct-current(DC)arc plasma has great application values in the field of the chemical industry,but it has the problem of low energy *** the requirement for improving the energy efficiency of the arc,this paper proposes a unique method of pulsed modulated arc(PMA).This method uses high-frequency pulses and reduces the arc current to improve the control of electron *** electrical characteristics,optical characteristics and products are *** test results show that during the PMA process,all of the experimental results which include voltage,current and light will significantly *** results are analyzed from the perspective of functionality,repeatability and energy *** analysis results show that although the PMA method does not show good parameter consistency,it has potential application prospects because it increases the energy conversion rate by 4.5%and 8%from the perspective of light and products,respectively.

关键词： experimental research atmospheric pressure plasma DC arc PMA

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叶片安装角偏差对动叶性能影响的不确定性研究

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西安交通大学学报 2023年第4期57卷 49-59页

作者：李玉楚武利姬田园西北工业大学动力与能源学院西安710129

为了揭示叶片安装角偏差对压气机性能的影响,基于非嵌入式混沌多项式法结合数值模拟,以NASA Rotor37为研究对象,进行了叶片安装角偏差的不确定性量化分析。在峰值效率工况和近失速工况下,进行气动性能统计分析,获得了不同输出参数的均... 详细信息

为了揭示叶片安装角偏差对压气机性能的影响,基于非嵌入式混沌多项式法结合数值模拟,以NASA Rotor37为研究对象,进行了叶片安装角偏差的不确定性量化分析。在峰值效率工况和近失速工况下,进行气动性能统计分析,获得了不同输出参数的均值、标准差和概率分布,探讨各性能参数与安装角偏差间的相关程度并进行流场分析,深入研究安装角偏差波动对内部流场规律的影响。结果表明:安装角偏差对气动性能的影响程度与所处工况有关,近失速工况下,绝热效率受安装角偏差影响的敏感性更大,绝热效率的相对波动幅度相比较峰值效率工况增加了22.95%;总压比与安装角偏差呈较强线性负相关,绝热效率与安装角偏差呈较强线性正相关;不同工况下流场敏感区域有所不同,峰值效率工况下,激波及波后叶尖间隙泄漏流动轨迹受误差不确定性的影响程度较大;近失速工况下,波后间隙泄漏涡破碎区域和吸力面分离流动对安装角不确定性较为敏感;流场中不同区域的损失受安装角偏差影响程度不同,其中尾缘处的损失对安装角偏差的不确定性最为敏感。

关键词：压气机转子安装角偏差不确定性量化非嵌入式混沌多项式

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真实安装角偏差影响压气机性能的不确定性量化

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航空动力学报 2024年第10期39卷 404-417页

作者：姬田园楚武利张皓光董杰忠西北工业大学动力与能源学院西安710129

为研究叶片安装角偏差对压气机性能及稳定性的影响,以单级轴流亚声速压气机为研究对象,采用任意多项式混沌方法作为不确定性量化方法,量化研究了叶片安装角偏差对压气机气动性能和流场结构的不确定性影响。研究发现:性能参数与安装角偏... 详细信息

为研究叶片安装角偏差对压气机性能及稳定性的影响,以单级轴流亚声速压气机为研究对象,采用任意多项式混沌方法作为不确定性量化方法,量化研究了叶片安装角偏差对压气机气动性能和流场结构的不确定性影响。研究发现:性能参数与安装角偏差之间均为完全单调相关,且随着质量流量减小,压气机性能波动程度总体呈减小趋势。安装角偏差改变了气流攻角,在大流量工况下,由于叶根区域负攻角程度最为严重,因此该区域内流场波动程度最大;而在小流量工况下,叶顶间隙泄漏涡受安装角偏差影响明显,叶顶区域流动损失波动程度最大。同时,由于近失速工况下叶顶间隙泄漏涡的发展方向以及膨胀程度随安装角偏差发生变化,叶顶区域堵塞程度受到影响,最终导致压气机稳定性产生波动。

关键词：加工偏差压气机转子混沌多项式不确定性量化相关性分析

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端壁倒圆半径误差对高负荷静叶栅性能影响的不确定性分析

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航空动力学报 2021年第10期36卷 2173-2185页

作者：郭正涛楚武利姬田园杨吉博张耀峰西北工业大学动力与能源学院西安710129

为对压气机静子叶片高精度设计与制造提供有力参考,以某高负荷压气机静子叶栅为研究对象,采用基于高斯分布型随机输入的非嵌入式多项式混沌方法,量化评估了端壁倒圆半径误差对最小损失和近失速两个工况下气动性能的不确定性影响。结果表... 详细信息

为对压气机静子叶片高精度设计与制造提供有力参考,以某高负荷压气机静子叶栅为研究对象,采用基于高斯分布型随机输入的非嵌入式多项式混沌方法,量化评估了端壁倒圆半径误差对最小损失和近失速两个工况下气动性能的不确定性影响。结果表明:倒圆半径误差的不确定性对气动性能的平均水平影响不大,主要反映在气动性能参数的标准差上。提高倒圆半径的加工精度可提升气动性能的鲁棒性近一倍。加工精度一定时,为对叶片进行鲁棒性优化设计,应重点关注近失速工况下气动损失的鲁棒性。根据公差带内端壁倒圆半径与近失速工况下气动性能的关联性分析,倒圆半径与气动性能呈线性关系,应避免倒圆半径与设计值相比偏小的叶片投入使用,以期获得良好的气动性能。通过近失速流场的不确定性分析,分离流动对于倒圆半径误差更为敏感,是引起气动性能不确定性变化的主要因素。

关键词：不确定性量化端壁倒圆加工误差高负荷叶栅非嵌入式混沌多项式

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超声术前诊断腮腺肿瘤应用进展

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中国医学影像技术 2020年第11期36卷 1742-1745页

作者：曹钟毓纪添源王俊峰周鸿成都市第三人民医院超声科四川成都610031 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨医科大学附属第一医院超声科黑龙江哈尔滨150001

腮腺肿瘤是涎腺肿瘤的最常见类型,大多为良性,但恶性仍占一定比例。手术是治疗腮腺肿瘤的主要方法.术前评估良恶性腮腺肿瘤,对术前准备、选择手术方式及预后评估具有重要意义。超声新技术对于鉴别良恶性腮腺肿瘤及区分良性肿瘤类型具有... 详细信息

腮腺肿瘤是涎腺肿瘤的最常见类型,大多为良性,但恶性仍占一定比例。手术是治疗腮腺肿瘤的主要方法.术前评估良恶性腮腺肿瘤,对术前准备、选择手术方式及预后评估具有重要意义。超声新技术对于鉴别良恶性腮腺肿瘤及区分良性肿瘤类型具有较好价值。本文对超声新技术术前诊断腮腺肿瘤研究进展展开综述。

关键词：腮腺肿瘤超声检查诊断

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基于数据驱动的扭转度偏差对压气机性能的影响

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航空学报 2024年第19期45卷 49-65页

作者：姬田园楚武利张皓光郭正涛孟德君西北工业大学动力与能源学院西安710129 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

为研究引入扭转度偏差维数变化以及相关性变化对压气机性能量化结果的影响,以某压气机转子叶片扭转度偏差测量结果为基础,采用基于数据驱动的非嵌入式多项式混沌方法,量化研究了叶片扭转度偏差对单级轴流亚声速压气机气动性能的不确定... 详细信息

为研究引入扭转度偏差维数变化以及相关性变化对压气机性能量化结果的影响,以某压气机转子叶片扭转度偏差测量结果为基础,采用基于数据驱动的非嵌入式多项式混沌方法,量化研究了叶片扭转度偏差对单级轴流亚声速压气机气动性能的不确定性影响,并进行了敏感性分析。研究结果表明:各工况点处压气机性能标准差均随着引入扭转度偏差维数的增加而减小。通过量化对比发现,考虑叶顶和叶根2个截面上的扭转度偏差,足以保证压气机性能标准差以及性能概率分布形式的收敛性。而在敏感性分析中发现,引入的扭转度偏差维数越多,可以更准确的判别压气机性能最敏感的扭转度偏差区域。随着各截面上扭转度偏差之间相关性逐渐增强,各工况下压气机性能的波动程度也逐渐增强,压气机性能对各扭转度偏差的一阶敏感性指标的差距也逐渐减小,但压气机性能对各截面上扭转度偏差敏感程度的排序并没有改变。

关键词：数据驱动扭转度偏差不确定性量化敏感性分析压气机

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