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风力机叶尖涡流场特性的多窗口PIV测试

工程热物理学报 2013年第2期34卷 258-261页

作者：高志鹰汪建文东雪青由志刚内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 教育部风能太阳能利用技术省部共建重点实验室内蒙古呼和浩特010051

本文在低速风洞开口实验段,采用粒子图像测速技术(PIV)对水平轴风力机叶尖涡流场进行测试。由于相机拍摄区域较小,不能得到风力机叶尖涡流场的整体传播规律,因此实验采用三窗口拼接技术进行研究。通过对多组PIV图像进行时间平均,发现在... 详细信息

本文在低速风洞开口实验段,采用粒子图像测速技术(PIV)对水平轴风力机叶尖涡流场进行测试。由于相机拍摄区域较小,不能得到风力机叶尖涡流场的整体传播规律,因此实验采用三窗口拼接技术进行研究。通过对多组PIV图像进行时间平均,发现在不同尖速比工况下,流场中均有明显的叶尖涡结构,但只有在靠近叶片附近的窗口涡结构比较清晰,随着尖速比增加叶尖涡涡核径向位置升高,中心尾迹区域扩大。对多组PIV图像进行位置平均,计算同一子午面叶尖涡涡核轴向位移,得到风力机叶尖涡脱落基频,但由于叶尖涡流场轴向速度的衰减,计算值存在误差。添加结构合适的小翼后,风力机功率升高,叶尖涡的脱落基频增大,涡量减小。

关键词：水平轴风力机叶尖涡叶尖小翼多窗口涡量

来流马赫数对吸力面小翼控制间隙泄漏效果影响的研究

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工程热物理学报 2019年第10期40卷 2266-2276页

作者：吴宛洋钟兢军王会社上海海事大学商船学院上海201306 中国科学院工程热物理研究所北京100190

为了探索来流马赫数的变化对吸力面叶尖小翼间隙泄漏流动控制效果的影响,采用数值模拟软件ANSYS CFX对Ma=0.5、Ma=0.6及Ma=0.7三个高亚声速下无叶尖小翼叶栅及加装了不同宽度吸力面小翼的扩压叶栅进行了数值计算。结果表明:当Ma=0.5时,... 详细信息

为了探索来流马赫数的变化对吸力面叶尖小翼间隙泄漏流动控制效果的影响,采用数值模拟软件ANSYS CFX对Ma=0.5、Ma=0.6及Ma=0.7三个高亚声速下无叶尖小翼叶栅及加装了不同宽度吸力面小翼的扩压叶栅进行了数值计算。结果表明:当Ma=0.5时,不同宽度吸力面叶尖小翼都可以削弱泄漏涡的强度,改善叶顶间隙流动,降低叶栅流动损失。与原型叶栅相比,SW2.0方案总压损失降低了4.52%。而当来流马赫数逐渐变大时。吸力面叶尖小翼对叶栅顶部流场带来的有效改善作用随之减弱,对流场的消极影响增强。当Ma=0.7时,吸力面叶尖小翼结构增加了流场总压损失。

关键词：压气机叶栅来流马赫数叶尖小翼间隙泄漏

叶端加不同小翼对Krain离心叶轮气动性能影响的数值研究

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西安交通大学学报 2019年第11期53卷 49-55页

作者：陈亚莉孙中国唐永洪赵阳西安交通大学能源与动力工程学院

为了控制离心压气机叶顶泄漏流,以压比为4.7的Krain低速叶轮为研究对象,将叶尖小翼技术应用到离心压气机中,采用数值模拟对其性能进行分析研究。对3组不同间隙加装不同宽度的小翼,分析了小翼在不同间隙下对于压气机性能及失速裕度的影响... 详细信息

为了控制离心压气机叶顶泄漏流,以压比为4.7的Krain低速叶轮为研究对象,将叶尖小翼技术应用到离心压气机中,采用数值模拟对其性能进行分析研究。对3组不同间隙加装不同宽度的小翼,分析了小翼在不同间隙下对于压气机性能及失速裕度的影响,以及不同宽度的小翼对于叶顶泄漏量、泄漏涡结构及轨迹的影响。结果表明:小翼结构可提升压气机的失速裕度,且小间隙下小翼结构对失速裕度的提升效果显著,其中1.0倍宽度小翼的失速裕度增加了8.73%;小翼结构可有效减少叶顶泄漏量,在叶片靠近前缘或尾缘位置加装小翼改善效果显著,泄漏量与小翼宽度成反比关系;小翼结构使得泄漏涡运行轨迹向压力面移动,形成泄漏涡的位置更加远离前缘,泄漏涡强度减弱。

关键词：离心压气机叶尖小翼失速裕度叶顶泄漏泄漏涡轨迹

叶尖几何形状对压气机叶栅间隙流场影响的实验研究

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叶尖几何形状对压气机叶栅间隙流场影响的实验研究

作者：桑则林大连海事大学

学位级别：硕士

叶顶间隙泄漏流动在产生泄漏损失的同时,泄漏涡导致的非定常扰动与压气机失稳之间存在着密切的联系。深入研究压气机内部二次流流动机理并加以控制对提高压气机气动性能有重要意义。本文以压气机矩形叶栅作为实验研究对象,着重研究了不... 详细信息

叶顶间隙泄漏流动在产生泄漏损失的同时,泄漏涡导致的非定常扰动与压气机失稳之间存在着密切的联系。深入研究压气机内部二次流流动机理并加以控制对提高压气机气动性能有重要意义。本文以压气机矩形叶栅作为实验研究对象,着重研究了不同叶尖几何形状控制间隙泄漏流动的机理。首先对带不同几何参数、不同安装方式叶尖小翼的压气机叶栅进行了实验测量,通过与原型叶栅流场进行比较发现,压气机间隙流场对叶尖几何形状的变化极为敏感,叶尖小翼的加装改变了叶尖区流场的结构,影响叶尖区旋涡之间的相互作用,从而改善了扩压叶栅的气动性能。压力面小翼方案减弱了泄漏流的切向动量,泄漏涡涡核向叶片吸力面/端壁角区侧迁移,更多的低能流体聚集在叶片吸力面角区,造成高损区范围有所扩大,近端壁区欠偏转现象加剧。吸力面小翼方案中泄漏涡涡核向远离叶片吸力面侧移动,且不同形状的吸力面小翼对泄漏流动均有一定的控制作用,在大间隙高度下吸力面小翼形状的不同对叶栅损失的影响较为明显。不同形状的吸力面小翼在小间隙高度时可以改善气流过偏转/欠偏转现象,随着叶顶间隙高度的增加,端壁气流的欠偏转程度逐渐加剧。其次,在叶尖小翼的基础上,在叶尖加设凹槽叶顶结构,研究了不同形状叶尖小翼结合凹槽控制间隙泄漏流动的作用机理,通过对不同间隙尺寸流场的研究,结果表明凹槽叶顶的增加,使叶栅间隙流场结构更为复杂,叶尖泄漏流在凹槽中形成的旋涡结构对叶栅流场有一定的影响作用。压力面小翼与凹槽结合叶栅中由于凹槽的作用使泄漏涡涡核周向位置变化不明显。同时不同方案叶栅中泄漏涡强度增加及其作用范围增大,叶栅损失增大。压力面小翼与凹槽结合方案在变间隙下均使得近端壁区气流欠偏转程度增加,出口气流角的不均匀性增大。吸力面小翼与凹槽结合叶栅中泄漏涡涡核位置明显向远离叶片吸力面侧转移,出口截面泄漏涡的强度有所减弱。叶栅总压损失明显降低,且在大间隙高度下效果较为显著。不同方案仅在小间隙高度时改善了叶尖区气流的过偏转/欠偏转现象。

关键词：压气机叶尖小翼间隙泄漏流叶栅损失旋涡结构

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小翼对风力机叶片表面压力分布的影响

工程热物理学报 2006年第5期27卷 760-762页

作者：汪建文贾瑞博吴克启王军华中科技大学能源与动力工程学院内蒙古科技大学能源与环境工程学院内蒙古包头014010

在风力机叶片的叶尖上添置小翼,寻求动力放大机理,是非常重要的。本文利用CFD方法,对叶片表面及其附近的压力分布进行了数值模拟。通过对比风力机加V(8．8×8)型小翼和不加小翼时叶片的不同径向和弦向位置的压力变化,结合一定位置的等... 详细信息

在风力机叶片的叶尖上添置小翼,寻求动力放大机理,是非常重要的。本文利用CFD方法,对叶片表面及其附近的压力分布进行了数值模拟。通过对比风力机加V(8．8×8)型小翼和不加小翼时叶片的不同径向和弦向位置的压力变化,结合一定位置的等压截面图等分析,看出添置小翼扩大了叶片正负压力面的压差,找出最有影响的位置区域,为进一步揭示叶尖小翼对风力机动力放大的机理起到积极作用。

关键词：风力机叶尖小翼压力分布数值模拟

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最优S型小翼影响近尾迹流动的PIV测试

工程热物理学报 2011年第12期32卷 2044-2047页

作者：高志鹰汪建文韩晓亮内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 内蒙古自治区可再生能源重点实验室内蒙古呼和浩特010051 内蒙古电力勘测设计院内蒙古呼和浩特010020

在水平轴风力机叶尖添加结构合适的小翼,可以改变风轮表面的压力分布,提高功率输出,并调整风轮的动频曲线走势,改善其结构动态特性。本文提出S型叶尖小翼结构形式,采用5因素5水平的正交实验方法,找到在不同尖速比下均具有较好功率放大... 详细信息

在水平轴风力机叶尖添加结构合适的小翼,可以改变风轮表面的压力分布,提高功率输出,并调整风轮的动频曲线走势,改善其结构动态特性。本文提出S型叶尖小翼结构形式,采用5因素5水平的正交实验方法,找到在不同尖速比下均具有较好功率放大效果的最优叶尖小翼结构。采用轴编码器定位周期采样技术,在直流式低速风洞开口段对动态旋转风力机添加最优S型小翼和不添加小翼时的近尾迹流动进行了对比PIV测试。结果表明,结构合适的S型叶尖小翼可以打散从风轮叶尖脱落的叶尖涡结构,在测试方位面内形成多个涡量集中区域,而且使叶尖涡内高涡量区域减小,降低叶尖涡的强度,改善风轮的空气动力学特性,提高风轮的功率系数。

关键词：水平轴风力机尾迹叶尖小翼涡量

船用发动机轴流式电辅助涡轮增压器的探索研究

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推进技术 2020年第11期41卷 2577-2586页

作者：滕瀚吴宛洋钟兢军大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 上海海事大学商船学院上海201306

为了解决由于降速航行所导致的废气涡轮增压器不能正常工作的问题,船舶发动机通常采用辅助鼓风机来进行补充扫气,以提升船舶在低速状态下的操纵性并降低排放。回顾了电辅助涡轮增压器的研究情况,总结了研究团队在船用发动机轴流式电辅... 详细信息

为了解决由于降速航行所导致的废气涡轮增压器不能正常工作的问题,船舶发动机通常采用辅助鼓风机来进行补充扫气,以提升船舶在低速状态下的操纵性并降低排放。回顾了电辅助涡轮增压器的研究情况,总结了研究团队在船用发动机轴流式电辅助涡轮增压器方面开展的一系列探索研究和优化设计工作。从控制间隙流动,进一步提高增压器性能的角度出发,探究了轴对称端壁及叶尖小翼对电辅助涡轮增压器气动性能的影响及其作用机制。最后,讨论了船用发动机轴流式电辅助涡轮增压器在未来研究中存在的问题和挑战。

关键词：电辅助涡轮增压器轴对称端壁叶尖小翼压气机转子优化设计

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跨音压气机基于前掠和小翼联合扩稳方法研究

工程热物理学报 2021年第6期42卷 1423-1430页

作者：崔伟伟李超刘付松王兴鲁姚飞王翠苹刘玉峰山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590 山东省土木工程防灾减灾重点实验室青岛266590 青岛海信日立空调系统有限公司青岛266071

针对NASA的Rotor37转子,采用数值方法详细研究了气动前掠和压力面叶尖小翼两种控制方法对其总体性能和叶尖流场结构的影响机制。数值结果表明,单独采用前掠和同时采用前掠和小翼联合作用分别使压气机稳定工作范围提升20.1%和27.7%,且对... 详细信息

针对NASA的Rotor37转子,采用数值方法详细研究了气动前掠和压力面叶尖小翼两种控制方法对其总体性能和叶尖流场结构的影响机制。数值结果表明,单独采用前掠和同时采用前掠和小翼联合作用分别使压气机稳定工作范围提升20.1%和27.7%,且对压气机的效率和增压比影响较小。气动前掠一定程度上抑制了间隙区泄漏流引发的气动损失及低速区范围,但是会导致尖区边界层分离及损失明显增加。相比之下,压力面叶尖小翼对由泄漏流诱发的低速区和吸力面边界层分离区均有较好的抑制效果,从而实现压气机稳定工作范围的明显提升。此外,气动前掠和叶尖小翼的作用效果也表明,转子叶顶的静压差虽然是间隙泄漏流的直接驱动力,但不是影响泄漏流强度和作用范围的唯一因素。

关键词：气动前掠叶尖小翼通道激波泄漏流流动扩稳

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水平轴风力机流场分析及叶尖涡控制研究

水平轴风力机流场分析及叶尖涡控制研究

作者：黄凤兵南京航空航天大学

学位级别：硕士

风力机叶片工作在复杂的三维旋转流场中，为进一步弄清风力机流场特性，本文通过采用数值模拟的方法，对风力机流场进行了深入的分析，并对叶尖涡进行了控制研究。本文是基于二维翼型压力分布来展开研究的，首先讨论了二维翼型压力分布... 详细信息

风力机叶片工作在复杂的三维旋转流场中，为进一步弄清风力机流场特性，本文通过采用数值模拟的方法，对风力机流场进行了深入的分析，并对叶尖涡进行了控制研究。本文是基于二维翼型压力分布来展开研究的，首先讨论了二维翼型压力分布受攻角和雷诺数（入流速度）影响的变化趋势，结果表明：压力分布随攻角的变化十分敏感，主要体现在前缘处压力峰及吸力峰的变化，且在流动分离之前后缘基本不受影响;而入流速度的变化则会影响压力分布整体的形态，包括后缘处。因此，在其他条件等同的情况下，通过压力分布可以判断入流攻角的大小。风力机风轮上下游流速同一径向处沿周向均呈现周期性变化，且受到风力机叶片参数及叶片尾流的相互影响，风力机叶片气动性能也会受入流情况而相应改变。为掌握叶片各区域的气动性能，本文通过比较计算提出一种判定叶片气动性能的新方法，该方法表明：叶片中部大部分区域压力分布与二维情况吻合较好，根部尤其是尖部3.3%叶片长度的压力分布受到叶尖涡的破坏。最后本文通过安装叶尖小翼来控制叶尖涡的影响，改善了叶片压力分布，使尖部压力分布更接近二维分布情况，提高了气动性能和叶片效率，削弱了叶尖涡在下游的发展，为风场下游风力机提供了较高品质的气流。

关键词：风力机数值模拟压力分布叶尖小翼叶尖涡