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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

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

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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

低雷诺数条件下马格努斯翼型气动性能数值分析与优化研究

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太阳能学报 2021年第6期42卷 265-271页

作者：唐新姿陆鑫宇王效禹袁可人湘潭大学机械工程学院湘潭411105

以马格努斯翼型为研究对象,采用数值分析方法,研究低雷诺数条件下马格努斯效应关键参数(周速比、间隙、半径及位置)对翼型边界层流动及升阻性能的影响规律;基于拉丁超立方和Kriging模型,建立周速比、半径、间隙和位置多因素与翼型升阻... 详细信息

以马格努斯翼型为研究对象,采用数值分析方法,研究低雷诺数条件下马格努斯效应关键参数(周速比、间隙、半径及位置)对翼型边界层流动及升阻性能的影响规律;基于拉丁超立方和Kriging模型,建立周速比、半径、间隙和位置多因素与翼型升阻特性的隐型非线性耦合响应关系模型,量化马格努斯效应影响;采用遗传算法全局寻优获得优化马格努斯翼型。结果表明,马格努斯效应对低雷诺数翼型升阻气动特性影响显著,半径对翼型升阻比影响最大,周速比影响稍弱,位置影响最小;升阻比与周速比正相关,与半径大小、间隙及位置负相关;周速比为1.33、间隙为0.003C、半径为0.046C时翼型最大升阻比较基准翼型提高40.31%,失速攻角由10°延迟到14°。

关键词：风力机翼型升阻比马格努斯效应低雷诺数

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

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

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低雷诺数翼型局部振动非定常气动特性

航空学报 2018年第1期39卷 113-125页

作者：李冠雄马东立杨穆清郭阳北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

针对低雷诺数翼型特殊的气动特性,采用基于动网格的非定常数值模拟方法,研究翼型表面不同弦向位置的局部蒙皮以不同频率及振幅振动时对低雷诺数翼型气动特性及流场结构的影响,揭示蒙皮振动增升减阻的机理。研究表明,在低雷诺数条件下局... 详细信息

针对低雷诺数翼型特殊的气动特性,采用基于动网格的非定常数值模拟方法,研究翼型表面不同弦向位置的局部蒙皮以不同频率及振幅振动时对低雷诺数翼型气动特性及流场结构的影响,揭示蒙皮振动增升减阻的机理。研究表明,在低雷诺数条件下局部蒙皮振动可有效提高翼型气动特性,与刚性翼型相比蒙皮局部振动可使翼型升力系数提高,阻力系数降低,升阻比提高。振动位置对翼型气动特性及流场结构有显著的影响,振动表面位于翼型前缘附近或位于层流分离泡中心时可有效控制翼型层流分离,从而提高翼型气动特性。振动频率对翼型表面层流分离及转捩位置均有显著的影响,随着振动频率增加,翼型气动特性出现最优值。与刚性翼型相比,表面振动使翼型转捩位置略向上游移动,摩擦阻力增加,但振动使等效翼型相对厚度减小,压差阻力明显减小。在小幅振动范围内,随着振幅增加,流场非定常特性更加显著,翼型升阻比增加。

关键词：局部振动低雷诺数增升减阻流动控制气动特性

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低雷诺数下增压级内部流动机理及调控研究

低雷诺数下增压级内部流动机理及调控研究

作者：王宇萌华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

对于高空巡航的动力装置,入口气流的压力和密度较地面条件显著降低,使得表征压缩系统雷诺数的叶弦雷诺数处于较低水平,叶表附面层内的低能流体在较厚的附面层和逆压梯度的共同作用下更易分离,导致增压级的性能和稳定裕度严重退化,进一... 详细信息

对于高空巡航的动力装置,入口气流的压力和密度较地面条件显著降低,使得表征压缩系统雷诺数的叶弦雷诺数处于较低水平,叶表附面层内的低能流体在较厚的附面层和逆压梯度的共同作用下更易分离,导致增压级的性能和稳定裕度严重退化,进一步影响压缩系统和发动机的性能。针对这一问题,本文通过采用CFD数值方法开展了低雷诺数条件下高亚音叶型和1.5级增压级附面层流动机理及抽吸调控方法研究,为低雷诺数下增压级流动调控提供理论支撑。首先针对与增压级叶型流动特征相似的典型高亚音叶型,在不同雷诺数和攻角下进行了叶片附面层流动特征分析,并开展了附面层抽吸调控对叶型流动和性能的影响机制研究。随着雷诺数降低,叶片吸力面分离泡长度增加,附面层增厚,通道内流动堵塞和尾迹掺混加剧,叶片损失增加、气动性能恶化。在叶片吸力面分离点前采用附面层抽吸能够有效推迟流动分离,缩短分离泡长度,降低叶片损失;不同尺寸的抽吸槽均存在一个最佳抽吸流量,使得总压损失相对较低。低雷诺数条件下,抽吸调控后4°和9°攻角下叶片总压损失分别降低了33.9%和70.1%;负攻角下,由于叶片吸力面载荷分布改变,导致抽吸调控后叶片损失反而升高,位于叶片吸力面的抽吸槽未能有效改善叶片性能。接着针对典型高空长航时发动机1.5级增压级,分析了低雷诺数条件下附面层流动特征,并探讨了附面层抽吸对增压级静子流动的调控效果和调控机制。由地面到20km高空,雷诺数降低了一个数量级,增压级峰值效率约降低3.76%,近失速点压比约降低3.6%,在静叶吸力面进行抽吸调控可以改善增压级的气动性能与稳定裕度,抽吸流量的大小会对增压级效率和裕度产生影响。增压级最高效率工况下,抽吸调控后静子吸力面近壁区流动得到改善,损失降低,但在部分工况和叶高下,由于抽吸槽位置和抽吸流量较小使得抽吸调控未取得较好的改善效果,反而因为静叶吸力面抽吸槽的凹坑扰动使得叶片通道内流动恶化。近失速点工况下,叶片通道内流动严重恶化,抽吸调控改善了叶根至叶中处的流动,使得损失降低;但在叶顶处,较小的抽吸流量未能改善近壁区流动,通道内流动进一步恶化,总压损失显著增大,抽吸调控未能明显改善近失速点工况下静叶的气动性能和流动。

关键词：增压级高亚音叶型低雷诺数附面层抽吸数值计算