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旋转盘腔轴向通流的压降和温升数值研究

推进技术 2021年第9期42卷 2062-2070页

作者：高齐宏张靖周谭晓茗南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为获得旋转雷诺数对盘腔轴向通流温升和压降的影响,对轴向通流雷诺数Re_(x)恒定为1.0×10^(5),旋转雷诺数Re_(ω)=0~5.31×10^(6)、绝热边界下的流动进行了数值模拟,从流场特征、盘面绝热温升以及轴向通流压降和温升等三个方面进行了分... 详细信息

为获得旋转雷诺数对盘腔轴向通流温升和压降的影响,对轴向通流雷诺数Re_(x)恒定为1.0×10^(5),旋转雷诺数Re_(ω)=0~5.31×10^(6)、绝热边界下的流动进行了数值模拟,从流场特征、盘面绝热温升以及轴向通流压降和温升等三个方面进行了分析。研究表明,旋转雷诺数对于盘腔内部和轴向通流的流动均具有显著影响;尽管是绝热盘面,但是由于高速旋转的黏性耗散作用引发盘腔内气流的温升,由温度差引起的浮升力对于盘腔内流动和盘面温度分布的影响也是不可忽略的;随旋转雷诺数增大,轴向通流出口温度相对进口温度的温升急剧增大,在旋转雷诺数旋转雷诺数>4.5×10^(6)时,轴向通流相对温升系数达到0.04以上。

关键词：轴向通流旋转盘腔压降温升数值模拟

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旋转盘腔瞬态响应特性的研究

推进技术 2014年第8期35卷 1056-1062页

作者：张美华刘振侠胡剑平张婷婷西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为保证发动机在飞行包线内正常运转,需研究旋转盘腔的瞬态响应特性。采用1-D模型方法和计算流体力学(CFD方法对旋转盘腔进口压力突升的情况进行非稳态数值计算,所得结果与文献中的结果进行对比,提出1-D模型方法的一些缺点,并证明了CFD... 详细信息

为保证发动机在飞行包线内正常运转,需研究旋转盘腔的瞬态响应特性。采用1-D模型方法和计算流体力学(CFD方法对旋转盘腔进口压力突升的情况进行非稳态数值计算,所得结果与文献中的结果进行对比,提出1-D模型方法的一些缺点,并证明了CFD计算的正确性。然后用CFD方法并通过用户自定义函数(UDF编程研究了进口压力渐增、正弦变化以及盘腔尺寸对旋转盘腔流动瞬态响应特性的影响。结果表明:1-D模型的计算结果不能显示出CFD模型计算结果的一个高阶震荡;进口压力以不同方式变化,瞬态响应存在不同程度的滞后;进口压力突增和进口压力渐增响应的特征时间比进口压力正弦变化的特征时间分别增加56.0%和106.4%盘腔宽径比由0.2变化到0.39时,腔内均压变高,出口质量流量变低,特征响应时间缩短至40%当宽径比由0.2变化到0.58时,特征响应时间缩短至25%。

关键词：旋转盘腔瞬态响应 1-D模型计算流体力学用户自定义函数

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旋转盘腔紊流流动的数值研究

推进技术 2002年第6期23卷 472-476页

作者：张靖周吉洪湖南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为了比较近壁紊流模型对旋转盘腔内流动特征模拟精度的影响,采用在核心区选用标准k-ε模型、在近壁区选用单方程和Launder-Sharma两方程两种低雷诺数模型的区域紊流模化方法,对具有径向出流的转—静盘腔和具有径向出流的共转盘腔结构的... 详细信息

为了比较近壁紊流模型对旋转盘腔内流动特征模拟精度的影响,采用在核心区选用标准k-ε模型、在近壁区选用单方程和Launder-Sharma两方程两种低雷诺数模型的区域紊流模化方法,对具有径向出流的转—静盘腔和具有径向出流的共转盘腔结构的流动进行了数值计算研究。计算结果表明:在计算的两个算例中,前者采用近壁单方程模型要稍优于两方程模型,后者采用近壁两方程模型要明显优于单方程模型,因此近壁区紊流特性的处理对旋转盘腔内的流场模拟精度具有重要的影响。

关键词：旋转盘腔湍流模型数值仿真

轴向通流旋转盘腔流动换热稳态实验与数值模拟

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北京航空航天大学学报 2021年第11期47卷 2369-2377页

作者：张泽群罗翔曹楠北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家重点实验室北京100083 北京航空航天大学先进航空发动机协同创新中心北京100083

通过开展稳态实验及数值模拟探究了轴向通流旋转盘腔的流动结构与换热特性。通过改变流量系数、旋转雷诺数等参数,探究不同工况下旋转盘两侧及盘罩内侧壁面温度和努塞尔数的径向分布规律。结果表明:在轮缘加热的状态下,旋转盘两侧温度... 详细信息

通过开展稳态实验及数值模拟探究了轴向通流旋转盘腔的流动结构与换热特性。通过改变流量系数、旋转雷诺数等参数,探究不同工况下旋转盘两侧及盘罩内侧壁面温度和努塞尔数的径向分布规律。结果表明:在轮缘加热的状态下,旋转盘两侧温度径向分布均呈凹函数形态,且旋转盘迎风面换热强度普遍高于背风面;后轴颈盘罩向两端旋转盘导热,其壁面温度径向分布呈"中间高、两侧低"的状态;随着轴向流量系数的增大,盘腔内部气体对流加剧,径向臂及涡对结构更加明显,旋转盘及轴颈表面换热效果增强;旋转盘腔内的流动换热特性受强迫对流和类Rayleigh-Benard对流2种机理的共同影响。

关键词：旋转盘腔轴向通流后轴颈盘罩流动结构换热特性

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轴向通流旋转盘腔换热特性

航空动力学报 2018年第5期33卷 1178-1185页

作者：曹楠窦志伟罗翔徐国强北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 中国航空工业集团有限公司中国直升机设计研究所江西景德镇333001 先进航空发动机协同创新中心北京100191

针对航空发动机压气机盘腔中流动与换热现象,采用该实验的方法对等温轴向通流旋转盘腔进行研究。通过对比不同工况下局部努塞尔数和平均努塞尔数的变化情况分析旋转腔中各力对流动与换热的影响,并总结努塞尔数与各无变量参数的经验公式... 详细信息

针对航空发动机压气机盘腔中流动与换热现象,采用该实验的方法对等温轴向通流旋转盘腔进行研究。通过对比不同工况下局部努塞尔数和平均努塞尔数的变化情况分析旋转腔中各力对流动与换热的影响,并总结努塞尔数与各无变量参数的经验公式。结果表明:盘腔内流动与换热主要由哥氏力、惯性力与离心力控制。腔内流动区域可划分为低半径位置惯性力占主导地位的惯性对流区与高半径位置哥氏力占主导地位的旋转对流区。轴向通流流量增大使惯性力增大,转速增高使哥氏力增大。惯性力与哥氏力的增加都会增强换热,两个力对彼此对换热的影响有削弱作用,两个力的综合作用使不同工况中不同半径位置的换热变化情况不同。平均努塞尔数与局部努塞尔数随变量的变化情况基本一致。

关键词：轴向通流旋转盘腔换热哥氏力惯性力

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轴向通流旋转盘腔流动换热的数值研究

推进技术 2018年第8期39卷 1790-1796页

作者：郭隽李庆北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

为了探究旋转盘腔内的流动和换热规律,对轴向通流旋转盘腔进行了非稳态数值模拟,将计算结果与实验数据进行了对比,探究了流动不稳定性的发展过程,分析了盘腔内流动结构和盘面换热特性随旋转雷诺数的变化规律。结果表明:旋转引起的正旋... 详细信息

为了探究旋转盘腔内的流动和换热规律,对轴向通流旋转盘腔进行了非稳态数值模拟,将计算结果与实验数据进行了对比,探究了流动不稳定性的发展过程,分析了盘腔内流动结构和盘面换热特性随旋转雷诺数的变化规律。结果表明:旋转引起的正旋涡从盘罩附近开始发展,随转速的增大而变大,挤压低半径区域的强迫对流区,最终扩展到整个盘腔,盘腔中轴面的涡对数与流动不稳定性的强度有关。上游盘和下游盘的高半径区域换热强度随转速的增大而增强,下游盘低半径区域的换热强度在低转速下由于冲击作用而较强,但该冲击作用随转速的增大而减弱,低半径区域的换热强度也就随之减弱。当旋转雷诺数增大到4.94×105时,下游盘低半径区域受到的冲击作用减小到可以忽略。

关键词：旋转盘腔非稳态轴向通流流动不稳定性

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采用二维贝叶斯方法求解旋转盘腔导热反问题

航空动力学报 2020年第12期35卷 2562-2572页

作者：杨阳曹楠陈航罗翔北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 先进航空发动机协同创新中心北京102206

为了研究压气机旋转盘腔换热特性,实现准确求解转盘表面传热系数,引入二维贝叶斯方法,此方法采用先验分布优化测温误差,并且更加符合转盘的二维特性。通过加入噪声的模拟数据验证方法的可行性,结果表明无测温误差时方法的平均误差是3.2%... 详细信息

为了研究压气机旋转盘腔换热特性,实现准确求解转盘表面传热系数,引入二维贝叶斯方法,此方法采用先验分布优化测温误差,并且更加符合转盘的二维特性。通过加入噪声的模拟数据验证方法的可行性,结果表明无测温误差时方法的平均误差是3.2%,有测温误差时方法的平均误差是10.6%,并分析了误差来源。通过与已有实验结果对比,发现方法更适用于计算转盘迎风面与背风面传热差异较大时的表面传热系数,平均相对误差为9.6%,满足实际工程精度的要求。通过改变盘面温度测点数量,发现测点增加会提升计算精度,并采用统计抽样理论分析原因,发现在可接受误差为10%时,所需要的测点数量比较合理。

关键词：热传导反问题表面传热系数旋转盘腔贝叶斯方法统计抽样

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反旋喷嘴进气旋转盘腔压力损失特性

航空动力学报 2016年第8期31卷 1866-1873页

作者：呼艳丽郭文王蕾罗翔中国航空工业集团公司中国燃气涡轮研究院成都610500 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对旋转盘腔的压力损失问题,利用反旋喷嘴改变进入旋转盘腔的气流的切向速度,减少旋转腔内涡的生成,从而减小气体流经旋转盘腔的压力损失.通过实验的方法测得反旋进气条件下的流阻特性,应用k-ωSST模型模拟了不同工况下腔内的流场.研... 详细信息

针对旋转盘腔的压力损失问题,利用反旋喷嘴改变进入旋转盘腔的气流的切向速度,减少旋转腔内涡的生成,从而减小气体流经旋转盘腔的压力损失.通过实验的方法测得反旋进气条件下的流阻特性,应用k-ωSST模型模拟了不同工况下腔内的流场.研究表明:旋转盘腔内的压降由湍流参数和掺混后旋流系数共同控制.喷嘴自身压降所占比例为极大值时,腔内无大涡出现,而在非极值点的工况下,腔内均为对涡的流动结构.

关键词：旋转盘腔径向内流反旋喷嘴压力损失旋流系数流动结构

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高位垂直进气转静系旋转盘腔流场的实验

航空动力学报 2007年第3期22卷 347-351页

作者：陶智高娟蔡毅丁水汀罗翔邹正平北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力重点实验室北京100083 西安航空发动机(集团)有限公司西安710021

利用粒子图像测速技术(简称PIV)对高位垂直进气的转静系旋转盘腔流场进行了实验研究.该盘腔由一个旋转盘、一个静止盘及静止的外围盘罩组成.实验结果表明:PIV粒子成像技术可以应用于旋转盘腔结构的流场测试,在本实验的工况范围内,大部... 详细信息

利用粒子图像测速技术(简称PIV)对高位垂直进气的转静系旋转盘腔流场进行了实验研究.该盘腔由一个旋转盘、一个静止盘及静止的外围盘罩组成.实验结果表明:PIV粒子成像技术可以应用于旋转盘腔结构的流场测试,在本实验的工况范围内,大部分区域的流动已为湍流,两盘间的流动结构明显具有Batch-elor流型的特点,转盘和静盘两个表面附近形成各自独立的边界层,两边界层之间有一个旋转核心,核心区内旋流系数β比大间隙封闭系统湍流流动时旋流系数的值0.43要小.流量系数和旋转雷诺数的变化对旋流系数β的影响较小,但转静间隙的变化对β的影响较为显著.

关键词：航空航天推进系统转静系旋转盘腔 PIV 流场旋流系数