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低雷诺数下轴流压气机转子3维流动特性数值模拟

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航空发动机 2024年

作者：杜文海张思缘彭旻扬张燕峰国家电投集团科学技术研究院有限公司中国科学院工程热物理研究所北京石油化工学院机械工程学院

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性，对跨声速转子压气机R otor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟。结果表明：在2 0 k m高空下，压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%，喘... 详细信息

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性，对跨声速转子压气机R otor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟。结果表明：在2 0 k m高空下，压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%，喘振裕度降低了3.1%；在低雷诺数下，转子吸力面上的流动分离位置会提前掺混且更剧烈，导致分离附面层增加，同时由于吸力面附面层较厚，激波与边界层的作用加强，减小叶表附面层内低能流体向上运动的压力分量，低能流体在离心力的作用下更容易向叶顶附近迁移，这可能是触发转子工作失稳的重要因素；在低雷诺数下，叶片根部吸力面在8 4%轴向弦长处发生完全分离并形成角涡，在其向叶顶移动的过程中形成脱落涡，角涡和脱落涡面积明显增加，这是引起转子低雷诺数工作效率降低的重要原因之一。

关键词：轴流压气机二次流转子低雷诺数失稳 3维流动特性航空发动机

低雷诺数下前缘形状耦合压力梯度调控附面层机理研究

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西安交通大学学报 2023年第11期57卷 206-216页

作者：徐华锋王名扬赵胜丰韩戈罗乔丹中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190

为深入了解低雷诺数下增压级正交叶片叶型表面的流动特性,发展高效的附面层调控策略,以高负荷增压级正交叶片某一截面处的叶型为研究对象,通过高精度参数化方法对该叶型进行改型设计。利用数值模拟手段,研究了低Re(Re=1.0×105)下层流... 详细信息

为深入了解低雷诺数下增压级正交叶片叶型表面的流动特性,发展高效的附面层调控策略,以高负荷增压级正交叶片某一截面处的叶型为研究对象,通过高精度参数化方法对该叶型进行改型设计。利用数值模拟手段,研究了低Re(Re=1.0×105)下层流分离及转捩对不同叶型的响应特性,阐明了前缘形状及叶片压力梯度对典型增压级叶型附面层发展的调控机制。结果表明:前缘压力尖峰和前加载压力梯度分布均能够有效抑制低Re下分离泡发展,消弱近壁区回流强度,将设计工况点叶型损失分别降低12.4%和12.5%,同时拓宽了低损失攻角范围;前缘压力尖峰耦合前加载压力梯度分布同时继承了上述优点,能够更大限度地提升低雷诺数下叶型的气动性能。相比于原始叶型,设计工况点叶型损失降低18.9%。该研究结果为低Re下增压级叶型的气动设计和流动调控提供有益借鉴。

关键词：低雷诺数增压级前缘压力尖峰载荷分布附面层

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低雷诺数下椭圆翼型层流分离研究

东北大学学报（自然科学版） 2022年第12期43卷 1753-1760页

作者：张志君李天歌司腾飞孙霁宇吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130022

通过采用计算流体力学方法对不同相对厚度的椭圆翼型在低雷诺数范围下进行了数值模拟,研究了椭圆翼型在低雷诺数下的层流分离现象及流场结构.结果表明:在低雷诺数下,薄椭圆翼型在小攻角时前缘出现层流分离泡是其具有高的升力系数及升阻... 详细信息

通过采用计算流体力学方法对不同相对厚度的椭圆翼型在低雷诺数范围下进行了数值模拟,研究了椭圆翼型在低雷诺数下的层流分离现象及流场结构.结果表明:在低雷诺数下,薄椭圆翼型在小攻角时前缘出现层流分离泡是其具有高的升力系数及升阻比的原因,随厚度的增加,前缘层流分离泡逐渐消失,在后缘形成时均小泡.随着雷诺数升高,薄椭圆翼型时均分离泡都出现在前缘,但外形缩小,而在较低雷诺数下,薄椭圆翼型小攻角时没有发生转捩再附现象;同时层流分离泡的出现也对翼型后缘分离涡的尺寸和位置产生了重要影响.相对厚度和雷诺数通过影响椭圆翼型上表面层流分离泡的尺寸、位置以及后缘分离涡的形态结构,进而改变了气动特性.

关键词：椭圆翼型低雷诺数相对厚度气动特性层流分离泡

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低雷诺数下圆杆正方形塔架的阻力系数研究

湖南大学学报（自然科学版） 2023年第11期50卷 72-78页

作者：刘慕广管文夏杜睿余先锋谢壮宁华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

通过节段模型风洞试验,研究雷诺数Re=307~906时圆杆正方形塔架的阻力系数,分析密实比、湍流度及风速等因素的影响.在试验研究的基础上,对比3种雷诺平均模型在圆杆正方形塔架气动力CFD数值模拟中的适用性,分析Re=300~2.5×10^(4)时阻力... 详细信息

通过节段模型风洞试验,研究雷诺数Re=307~906时圆杆正方形塔架的阻力系数,分析密实比、湍流度及风速等因素的影响.在试验研究的基础上,对比3种雷诺平均模型在圆杆正方形塔架气动力CFD数值模拟中的适用性,分析Re=300~2.5×10^(4)时阻力系数变化规律及影响因素.试验结果表明:圆杆正方形塔架的平均阻力系数在45°风向角时最大,0°和90°最小,并随密实比和风速的增大而减小,随湍流度的增大而增大;脉动阻力系数受密实比和风向角的影响不大,但随风速和湍流度的增大而增大.CFD数值结果显示:SST k-ω湍流模型在Re≤2.5×10^(4)时更适用于计算圆杆正方形塔架的平均阻力系数;随雷诺数的增大,塔架平均阻力系数在Re=300~585时急剧减小,Re=585~1090时减小趋势少许放缓,Re=1090~2.5×10^(4)时基本保持不变;完全处于上游杆件尾流区的下游杆件阻力系数相比于上游杆件减小50%左右.

关键词：圆杆正方形塔架阻力系数低雷诺数风洞试验数值模拟

低雷诺数下高负荷轴流压气机表面粗糙度流动调控机制

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航空动力学报 2022年第2期37卷 283-295页

作者：程泓智王名扬周创鑫赵胜丰卢新根朱俊强中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190

以某1.5级高负荷轴流压气机为研究对象,采用经过校核的数值模拟手段详细探究了低雷诺数下表面粗糙度对其气动性能及内部流场的影响。结果表明:相比于光滑叶片,表面粗糙度为137.8时压气机性能提升最为明显,总压比、堵塞流量以及峰值效率... 详细信息

以某1.5级高负荷轴流压气机为研究对象,采用经过校核的数值模拟手段详细探究了低雷诺数下表面粗糙度对其气动性能及内部流场的影响。结果表明:相比于光滑叶片,表面粗糙度为137.8时压气机性能提升最为明显,总压比、堵塞流量以及峰值效率分别提升4.01%、2.24%、5.34%。在整个表面粗糙度大小范围内,表面粗糙度布置在吸力面前缘至50%轴向位置时对分离、转捩的调控效果较好,能够较大限度地提升低雷诺数下压气机的气动性能。表面粗糙度通过促进转捩、抑制层流分离以及改变速度和静压分布来改善压气机流场和气动特性,同时一定程度上恶化了后面级的级间匹配关系,造成静子叶根处分离提前,角区分离加剧,限制了压气机整体气动性能的进一步提高。

关键词：叶片表面粗糙度低雷诺数高负荷轴流压气机峰值效率气动性能

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球窝抑制层流分离的大涡模拟研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 58-66页

作者：杨鹏骋陈绍文王松涛陈帅彤哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心哈尔滨150001

通过大涡模拟方法研究了球窝对低雷诺数下高负荷低压涡轮叶栅吸力侧层流分离的抑制效果和抑制机理,并将其和准二维的U型槽结构进行了对比分析。研究发现,低雷诺数下球窝通过产生周期性脱落的旋涡结构有效地促进了分离剪切层内展向涡的... 详细信息

通过大涡模拟方法研究了球窝对低雷诺数下高负荷低压涡轮叶栅吸力侧层流分离的抑制效果和抑制机理,并将其和准二维的U型槽结构进行了对比分析。研究发现,低雷诺数下球窝通过产生周期性脱落的旋涡结构有效地促进了分离剪切层内展向涡的卷起和破碎,促进了转捩进程,因而可以有效抑制分离,在45000雷诺数下使损失相对减小了25.4%。同时和准二维结构相比,球窝产生的三维流动结构可以更有效地促进转捩进程,具有更好的流动控制效果。

关键词：球窝低压涡轮低雷诺数层流分离大涡模拟

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低雷诺数下翼型表面局部振动控制研究

南京航空航天大学学报 2023年第4期55卷 676-685页

作者：金周夏天宇董昊南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

数值模拟研究了Re=4×10^(4)时小迎角下表面局部振动激励对SD8020翼型气动特性的影响,从时均化和非定常流动两个方面分析了频率和幅值两个振动激励参数对于翼型分离和转捩特性的作用。结果表明,迎角2°和3°时局部振动激励能够有效对流... 详细信息

数值模拟研究了Re=4×10^(4)时小迎角下表面局部振动激励对SD8020翼型气动特性的影响,从时均化和非定常流动两个方面分析了频率和幅值两个振动激励参数对于翼型分离和转捩特性的作用。结果表明,迎角2°和3°时局部振动激励能够有效对流场施加影响,促进层流分离泡结构的转变,改善翼型的气动性能。同时研究发现,振动频率在不同迎角下对翼型气动特性和流场结构的影响规律类似,频率f=32 Hz时气动性能提升最明显;而随着振动幅值的增加,层流分离泡长度减小且整体向前缘移动。进一步非定常分析表明,迎角2°和3°时流场在同一振动激励参数下表现出相似的非定常涡演化过程,弦向位置的压力脉动频率与振动激励频率一致,此时流场的非定常流动特征由振动激励主导。

关键词：低雷诺数层流分离泡局部振动流动控制非定常流动

低雷诺数下二自由度圆柱涡激振动时的流动和传热

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动力工程学报 2023年第3期43卷 292-299页

作者：王刚王治云章立新尚立新杨茉上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海妍杰环境设备有限公司上海200093

采用数值方法研究了低雷诺数下流体扰流圆柱发生涡激振动时流体的流动、圆柱的振动及流体与圆柱之间的传热特性。采用有限体积法求解Navier-Stokes方程获得流场,同时采用四阶龙格-库塔算法求解圆柱的运动特性,分析了不同雷诺数和折合速... 详细信息

采用数值方法研究了低雷诺数下流体扰流圆柱发生涡激振动时流体的流动、圆柱的振动及流体与圆柱之间的传热特性。采用有限体积法求解Navier-Stokes方程获得流场,同时采用四阶龙格-库塔算法求解圆柱的运动特性,分析了不同雷诺数和折合速度Ur对二自由度圆柱涡激振动及其传热的影响。结果表明:在不同折合速度下圆柱振动会呈现“8”形运动轨迹,涡脱落模式为“2S”;圆柱涡激振动时传热强弱受自身涡脱落频率和振动幅度的影响;对于二自由度涡激振动圆柱,当Ur=4时圆柱涡脱落频率最接近圆柱的固有频率,圆柱振动剧烈,振动幅度大,同时传热最强,且二自由度涡激振动圆柱的时间平均努塞尔数明显大于一自由度圆柱。

关键词：涡激振动二自由度低雷诺数传热

低雷诺数下近自由液面圆柱流致振动数值模拟与机理

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山东大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 51-60页

作者：戚翔冯翔健熊骋望孙子正张一鸣河北工业大学土木与交通学院天津300401 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱垂向流致振动问题开展数值模拟与机理研究。根据圆柱涡脱落特性和圆柱周围液面形态将浸没比h∈[0,5]和弗劳德数Fr∈[0.3,2]的参数空间划分为6种不... 详细信息

采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱垂向流致振动问题开展数值模拟与机理研究。根据圆柱涡脱落特性和圆柱周围液面形态将浸没比h∈[0,5]和弗劳德数Fr∈[0.3,2]的参数空间划分为6种不同的流态,研究不同流态下圆柱振动特性和振动-涡脱落-自由液面耦合作用。结果表明,圆柱振幅和振动频率都随自由液面的靠近而降低,而当自由液面非常靠近圆柱时,尾迹状态从绝对不稳定性转为对流不稳定性,圆柱与自由液面之间形成的射流状流动附着在圆柱表面上,抑制了涡脱落过程,导致圆柱不再振动。

关键词：流致振动自由液面低雷诺数弗劳德数浸没比流固耦合