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超声速差法平面叶栅流场试验和数值研究

中国电机工程学报 2024年第2期44卷 652-658,I0018页

作者：俞天阳张世玮却依飞马良田昌苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海市杨浦区200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海市杨浦区200093

针对平面叶栅狭小通道中流场非接触测量难题,提出一种基于超声速差原理的二维流场测量方法。设计一种2×4超声波斜、平口换能器组合阵列,研制一套多通道超声法测量和气流速度场重建系统。开展平面叶栅流场测量试验,成功获取了3种不同进... 详细信息

针对平面叶栅狭小通道中流场非接触测量难题,提出一种基于超声速差原理的二维流场测量方法。设计一种2×4超声波斜、平口换能器组合阵列,研制一套多通道超声法测量和气流速度场重建系统。开展平面叶栅流场测量试验,成功获取了3种不同进口速度条件下流道二维速度场。利用COMSOL Multiphysics中CFD模块同步开展叶栅流场数值模拟,并与试验结果对比。结果表明:超声测量与数值模拟结果较为接近,速度大小和偏转角误差均在5%以内,较好地反映叶栅通道的流动特点。提出的超声测量技术有望进一步用于高马赫数流场研究。

关键词：二维超声阵列速差法平面叶栅流场测量数值模拟

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一种燃气涡轮叶片气热性能实验台

工程热物理学报 2023年第4期44卷 987-993页

作者：白波董雨轩李志刚李军西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所西安710049 先进航空发动机协同创新中心北京100191

随着行业对燃气轮机和航空发动机的性能需求日益增加,研发高效率、长寿命、低排放和大推重比的先进燃气轮机和航空发动机十分紧迫。由于燃气涡轮叶栅内部流动非常复杂,呈现出高度三维流动特征,因此数值仿真和理论分析难以得到准确、可... 详细信息

随着行业对燃气轮机和航空发动机的性能需求日益增加,研发高效率、长寿命、低排放和大推重比的先进燃气轮机和航空发动机十分紧迫。由于燃气涡轮叶栅内部流动非常复杂,呈现出高度三维流动特征,因此数值仿真和理论分析难以得到准确、可靠的研究结果,必须要有实验研究,为其提供实验数据加以验证。本文介绍了一种新型燃气涡轮叶片气热性能实验台,该实验台具备实现主流温度阶跃上升能力,采用瞬态红外测量技术(IR)可完成不同入射角度、不同节距叶栅、不同类型叶栅(静叶和动叶)的叶栅流动、传热和冷却性能研究。该实验台采用模块化设计,可以实现实验叶栅方便、快速更换,并且开设有实验观察平台,可提供可视化观测和红外温度测量,运用瞬态红外测量技术(IR)和双线性回归(DLRT)数据处理方法研究叶栅传热和冷却特性;同时,在该实验台进行了吹风实验,实验结果表明该实验台达到了设计要求,可以进行旁通气路和实验气路瞬态切换。

关键词：实验风洞平面叶栅旁通气路红外测量技术(IR)

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平面叶栅气动噪声的高精度谱元方法求解

工程热物理学报 2021年第4期42卷 915-921页

作者：叶晰萌秦国良王亚洲西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

本文建立了一种用于气动噪声预测的高精度三角谱元方法。结合CBS法(Characteristic-based split method)求解Navier-Stokes方程获取伪声压声源后,基于波动方程求解声传播问题。谱元法的谱收敛特性满足了气动声学问题的高精度需求,而CBS... 详细信息

本文建立了一种用于气动噪声预测的高精度三角谱元方法。结合CBS法(Characteristic-based split method)求解Navier-Stokes方程获取伪声压声源后,基于波动方程求解声传播问题。谱元法的谱收敛特性满足了气动声学问题的高精度需求,而CBS法的引入保证了高雷诺数问题的计算稳定性。通过两组基准解问题求解验证了本文方法的正确性。将本文方法应用于平面叶栅气动噪声计算,并考察了不同攻角下噪声的变化规律。研究内容为进一步探究各类流体机械的气动噪声提供了一种新的途径。

关键词：三角谱元法气动噪声平面叶栅高精度

压气机叶片仿鲨鱼鳃开槽对叶栅气动性能的影响

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推进技术 2023年第2期44卷 94-104页

作者：杨凌韩露钟兢军上海海事大学商船学院上海201306

基于鲨鱼鳃射流减阻的思想,采用数值方法,将仿鲨鱼鳃结构应用在压气机平面叶栅中。在叶片根部从压力面向吸力面开槽,采用单个进口、两个出口的开槽结构,以期在获得较大的出口射流的情况下实现对压气机叶片的减阻,达到提高叶栅气动性能... 详细信息

基于鲨鱼鳃射流减阻的思想,采用数值方法,将仿鲨鱼鳃结构应用在压气机平面叶栅中。在叶片根部从压力面向吸力面开槽,采用单个进口、两个出口的开槽结构,以期在获得较大的出口射流的情况下实现对压气机叶片的减阻,达到提高叶栅气动性能的效果。在保证开槽结构的进出口宽度、出口起始位置、开槽内的隔板宽度、深度等几何参数不变的基础上,研究开槽进口起始位置、开槽高度对叶栅性能的影响。结果表明:合理的仿鲨鱼鳃开槽结构可以有效改变叶片吸力面根部角区的流动结构,抑制气流沿叶高方向的流动,从而降低流动损失;最佳方案为开槽结构位置位于48%~53%压力面弧长处,开槽高度为15%叶高,可以使压气机叶栅总压损失减小7.16%。

关键词：压气机静叶平面叶栅仿鲨鱼鳃开槽附面层分离总压损失

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平面叶栅流场非定常特性分析

科学技术与工程 2022年第26期22卷 11705-11714页

作者：胡南平周正贵南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了分析平面叶栅流场的非定常流动特性,采用延迟分离涡模拟方法(delayed detached-eddy simulation,DDES)对某亚声速叶栅流场进行数值计算。为了保证计算准确,首先进行了最优网格选择、物理时间步长无关性验证;并与基于SA(Spalart-Allm... 详细信息

为了分析平面叶栅流场的非定常流动特性,采用延迟分离涡模拟方法(delayed detached-eddy simulation,DDES)对某亚声速叶栅流场进行数值计算。为了保证计算准确,首先进行了最优网格选择、物理时间步长无关性验证;并与基于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型的雷诺平均N-S方程(reynolds-averaged navier-stokes,RANS)模拟计算结果、试验结果进行对比。DDES方法计算结果表明,随着攻角的增大,尾缘涡会逐渐由细长型转变为结构整齐,频率单一的对涡结构,当攻角继续增大,对涡结构变得越来越不整齐。当攻角增大到吸力面出现大分离时,对涡结构消失,脱落涡表现出很强的随机性,吸力面分离涡在向下游传播的同时向周向传播,对相邻叶片的涡量分布产生影响。在大攻角工况时,进口马赫数的变化对于吸力面分离涡,尾缘涡都产生非常大的影响。

关键词：延迟分离涡方法压气机平面叶栅附面层分离非定常流场数值模拟

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亚声速压气机平面叶栅雷诺数影响试验

航空动力学报 2022年第5期37卷 1020-1029页

作者：魏巍任思源马护生李学臣宗有海中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

采用降低试验压力减小试验叶栅弦长雷诺数的方法,研究了UKG030.3压气机叶型叶片表面和尾迹区域气流随雷诺数、马赫数及攻角变化的流动特性,获得了表面等熵马赫数、总压损失系数等参数随雷诺数的变化规律。试验结果表明:弦长雷诺数减小... 详细信息

采用降低试验压力减小试验叶栅弦长雷诺数的方法,研究了UKG030.3压气机叶型叶片表面和尾迹区域气流随雷诺数、马赫数及攻角变化的流动特性,获得了表面等熵马赫数、总压损失系数等参数随雷诺数的变化规律。试验结果表明:弦长雷诺数减小到一定程度时,叶片吸力面峰值马赫数位置之后会逐渐呈现流动分离气泡产生、分离气泡扩大至分离气泡破碎的过程;长分离气泡出现以后尾迹宽度和叶型总压损失突然急剧增大,但损失突增所对应的临界雷诺数并不一致;叶型总压损失和弦长雷诺数经地面状态参数比值处理以后可以发现,总压损失比突增位置处于0.4倍弦长雷诺数比附近。

关键词：压气机平面叶栅雷诺数分离气泡总压损失

高负荷平面叶栅风洞流场品质改进措施数值研究

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推进技术 2023年第7期44卷 164-175页

作者：傅文广杨昭张益智孙鹏郭重佳韩吉昂中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 陕西千山航空电子有限责任公司陕西西安710000 大连海事大学船舶与海洋工程学院辽宁大连116026

为研究不同改进措施对平面叶栅风洞流场品质的改进效果与机理,以高负荷扩压叶栅为研究对象,利用数值模拟方法研究了试验器进口段上下侧壁抽吸措施、出口导流尾板措施、抽吸与尾板组合措施对叶栅风洞流场品质的改进效果。研究结果表明:... 详细信息

为研究不同改进措施对平面叶栅风洞流场品质的改进效果与机理,以高负荷扩压叶栅为研究对象,利用数值模拟方法研究了试验器进口段上下侧壁抽吸措施、出口导流尾板措施、抽吸与尾板组合措施对叶栅风洞流场品质的改进效果。研究结果表明:上下侧壁抽吸减小了进口段的静压梯度,减弱了上下侧壁附面层对进口流体流向的影响;导流尾板减弱了外界大气对上侧壁附近通道的影响;抽吸与尾板组合措施结合了侧壁抽吸与导流尾板的优点,使得进口静压分布均匀,通道间压差阻力差异减小,对叶栅试验段流场品质的改进效果优于其他方案。在当前马赫数工况下可使叶栅进口64%的通道范围马赫数误差<0.01,冲角误差<0.5°,有三个连续通道出口周期性较好,并且轴向密流比<1.15。

关键词：平面叶栅流场品质抽吸尾板轴向密流比数值模拟风洞

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前缘开槽对可调导叶气动性能的影响

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：辛建池刘向阳田志涛吴化银陆华伟大连海事大学船舶与海洋工程学院南京航空航天大学能源动力学院

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失，本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法，在前缘设置不同槽道结构，将叶片压力面的流体引导至吸力面，吹走低能流体，降低总压损失。研究结果表明：设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区... 详细信息

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失，本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法，在前缘设置不同槽道结构，将叶片压力面的流体引导至吸力面，吹走低能流体，降低总压损失。研究结果表明：设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区域能够一定程度上降低不同开度下导叶的出口总压损失。在进口速度为45m/s、攻角为25°时，射流能够有效削弱吸力面的分离涡，可降低65%的出口总压损失和2.4°气流落后角，当来流速度达到98m/s时出口总压损失最大可降低70%。对比不同的槽道形式的射流动量、角度对流场的影响，发现合理的槽道形式可以降低大攻角时的损失基础上，控制小攻角时射流对流场的负面影响。

关键词：可调导叶开槽气动性能离心压气机预旋角度总压损失平面叶栅气流角

端壁抽吸槽道布置对边界层抽吸压气机平面叶栅性能的影响

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实验流体力学 2022年第4期36卷 84-93页

作者：刘宝杜政帅周逊哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

在压气机静叶叶栅端壁适当位置进行边界层抽吸,可以控制平面叶栅内的流动分离,提高平面叶栅的气动负荷。为考察抽吸槽道不同布置方案对平面叶栅气动性能的影响,在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心的跨声速风洞上,对不同抽吸槽道布... 详细信息

在压气机静叶叶栅端壁适当位置进行边界层抽吸,可以控制平面叶栅内的流动分离,提高平面叶栅的气动负荷。为考察抽吸槽道不同布置方案对平面叶栅气动性能的影响,在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心的跨声速风洞上,对不同抽吸槽道布置方案的压气机平面叶栅进行了吹风实验与数值模拟。结果表明:端壁边界层抽吸可以有效降低平面叶栅的总压损失,其效果与抽吸槽道布置的数量有关。

关键词：压气机平面叶栅实验验证数值模拟流动损失边界层抽吸抽吸槽道