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非定常空化对螺旋桨性能和流动结构影响的数值研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第1期38卷 124-131页

作者：龙云韩汉桥冉令可季斌龙新平武汉第二船舶设计研究所武汉430205 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

该文利用DDES模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型开展了空化对螺旋桨性能及流动结构的影响研究。首先,采用三套系统加密的全结构化网格预测了螺旋桨非定常空化演变过程,并从敞水性能、空化形态和DDES V&V三个角度说明了模拟结果精度较... 详细信息

该文利用DDES模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型开展了空化对螺旋桨性能及流动结构的影响研究。首先,采用三套系统加密的全结构化网格预测了螺旋桨非定常空化演变过程,并从敞水性能、空化形态和DDES V&V三个角度说明了模拟结果精度较高。随后,该文分析了非定常空化对螺旋桨水动力性能和流动结构的影响。结果表明,片空化发展前期,空化区域内存在导边分离流动、回射流及梢涡等主要流动结构,而片空化发展后期,导边分离流动减弱,梢涡流动明显增强。结合涡量输运方程的结果表明,非定常空化促进了桨叶附近涡量的产生和演变,而涡量的变化又使不同状态的流动结构相互作用加强,最终造成螺旋桨空化流动的不稳定性增强。

关键词：螺旋桨空化螺旋桨性能流动结构 DDES

燃烧室出流条件对涡轮静叶端壁流动结构和传热冷却特性的影响

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西安交通大学学报 2023年第1期57卷 152-163页

作者：孙添一张垲垣李志刚李军西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

论文数值研究了不同燃烧室旋流器时序位置与旋流方向工况下,涡轮静叶叶栅气动特征,端壁附近流动结构,总压损失系数和端壁、叶表传热与冷却特性以及冷却气的流动趋势;建立了双环预混旋流器(TAPS)燃烧室简化模型,将其与涡轮第一级静叶叶... 详细信息

论文数值研究了不同燃烧室旋流器时序位置与旋流方向工况下,涡轮静叶叶栅气动特征,端壁附近流动结构,总压损失系数和端壁、叶表传热与冷却特性以及冷却气的流动趋势;建立了双环预混旋流器(TAPS)燃烧室简化模型,将其与涡轮第一级静叶叶栅进行整体数值计算。研究表明:本文计算采用的TAPS燃烧室模型旋流器出口旋流数为0.71,可以代表典型贫油预混燃烧室流动特征;火焰筒内壁发散冷却气会在静叶端壁附近形成高总压区,燃烧室旋流使中间叶展位置总压降低;正向旋流会在叶片前缘处分为两股,反向旋流则全部流入一个叶栅通道;燃烧室旋流冲刷会显著提升叶片吸力面上游换热强度,正向旋流会对下端壁压力面侧的冷却效果产生负面影响;槽缝射流局部吹风比在滞止点处最低,但旋流器正对叶片前缘时,旋流会削弱滞止点的影响;静叶端壁流动结构与传热、冷却特性受到燃烧室出流条件的显著影响,在进行叶栅气动性能优化与冷却结构设计时需对其加以考虑。

关键词：燃烧室旋流发散冷却静叶端壁流动结构

发散冷却和前缘槽缝射流作用下涡轮静叶端壁流动结构的研究

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西安交通大学学报 2022年第1期56卷 120-129页

作者：孙添一李志刚李军西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

数值研究了无发散冷却与3种发散冷却气质量流量比下的涡轮静叶端壁附近涡结构、总压损失系数和端壁、叶表绝热冷却有效度以及两种冷却气在端壁上的流动结构。研究表明:发散冷却气质量流量比由5%增加至7%时,进口截面端壁附近的总压峰值升... 详细信息

数值研究了无发散冷却与3种发散冷却气质量流量比下的涡轮静叶端壁附近涡结构、总压损失系数和端壁、叶表绝热冷却有效度以及两种冷却气在端壁上的流动结构。研究表明:发散冷却气质量流量比由5%增加至7%时,进口截面端壁附近的总压峰值升高3.7%,峰值区流体在叶片前缘滞止后向上卷起形成冲击涡;发散冷却流量增加会增强冲击涡而吸力面角区涡对被削弱。低流量冷却气会使整体总压损失降低,而发散冷却气质量流量比由5%升高至7%时总压损失增加4.5%。发散冷却气注入时,冲击涡会将冷却气携带至叶表,在压力面形成显著的泛冷却效果;发散冷却气质量流量比增加至7%会使冲击涡纵向伸长并分裂出三次涡。发散冷却贡献占比的计算结果表明,边界层分离线上游端壁由槽缝射流冷却气覆盖,而叶表和下游端壁的冷却由发散冷却主导。静叶端壁流动结构受到上游燃烧室内壁发散冷却的显著影响,并将改变端壁冷却特性。

关键词：静叶端壁发散冷却槽缝射流流动结构

整流帽布局对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响

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兵工学报 2021年第8期42卷 1648-1659页

作者：檀妹静杨光李宇周禹曹占伟闫昊檀姊静长安大学建筑工程学院陕西西安710061 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076

基于局部外形优化改善空气舵附近区域局部热环境,可明显提升高马赫数飞行器热防护系统在恶劣环境下的适应性和生存能力。整流帽的应用作为高马赫数飞行器全动舵流动与气动热特性优化的有效手段,在近年来备受关注。建立一种适用于高马赫... 详细信息

基于局部外形优化改善空气舵附近区域局部热环境,可明显提升高马赫数飞行器热防护系统在恶劣环境下的适应性和生存能力。整流帽的应用作为高马赫数飞行器全动舵流动与气动热特性优化的有效手段,在近年来备受关注。建立一种适用于高马赫数完全气体可压缩流动的数值模拟方法,采用该方法开展整流帽布局及几何参数对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响研究,并通过带整流帽布局的平板-全动舵模型激波风洞测热试验对数值模拟方法的准确性进行验证。结果表明:高速来流流经整流帽时将产生激波减速,在整流帽下游激波迅速膨胀分离,空气流动速度和加热能力均显著降低;从整体上看,设置整流帽能够显著降低整流帽展向宽度范围内的全动舵及附近平板气动热环境;随着整流帽楔角减小,全动舵气动加热整体呈恶化趋势;随着整流展宽增加,全动舵气动加热进一步减轻。

关键词：全动舵整流帽流动结构热环境数值模拟

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MIRA阶背式模型的瞬态流动结构分析

湖南大学学报（自然科学版） 2019年第8期46卷 51-58页

作者：张英朝曹惠南朱会吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室吉林长春130022 吉利汽车研究院虚拟性能开发部CFD科浙江宁波315336

应用采用格子玻尔兹曼方法的PowerFLOW软件,结合非常大涡模拟方法,对MIRA阶背模型进行非稳态流场求解,研究外流场的结构及流动特性.通过分析时均流场中气流从A柱沿着车顶至C柱、车尾的流动过程,探索了C柱涡、D柱涡、部分分离涡的结构及... 详细信息

应用采用格子玻尔兹曼方法的PowerFLOW软件,结合非常大涡模拟方法,对MIRA阶背模型进行非稳态流场求解,研究外流场的结构及流动特性.通过分析时均流场中气流从A柱沿着车顶至C柱、车尾的流动过程,探索了C柱涡、D柱涡、部分分离涡的结构及流动机理.通过分析瞬态流场探索了更加精确的随机流动特性,其中时域流场分析部分,发现车轮、后风窗及车尾区域处流场结构复杂;对频域结果的分析进一步展示了涡的振动频率及其脉动特点,发现车尾上方振动频率达12 Hz,侧窗、发动机舱顶部,车顶及车身侧部的振动频率为23 Hz,并探究了振动频率的形成机理,压力脉动分析发现底盘上方、车身尾部及后轮区域存在较大振动能量,推断得出以上区域流场结构复杂,对阻力贡献大.将仿真结果与实验结果对比分析,二者流场结构相似,涡核的数量和位置都具有较好的一致性,验证了仿真的可靠性.

关键词：流场瞬态流动结构汽车空气动力学

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扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

工程热物理学报 2020年第2期41卷 329-334页

作者：高丽敏刘思余李永增赵磊西北工业大学动力与能源学院西安710072 先进发动机协同创新中心北京100191

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等... 详细信息

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。

关键词：叶顶间隙流流动结构泄漏流涡系

轮盘侧空腔流动结构及其对离心压缩机气动性能的影响

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工程热物理学报 2016年第11期37卷 2349-2354页

作者：秦瑞鸿孙一颉王晟旻琚亚平张楚华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 沈阳鼓风机集团股份有限公司沈阳100869

本文以离心压缩机轮盘侧空腔流域为研究对象,通过数值计算,研究了设计工况下空腔流动结构及对主流区域的影响机制。结果表明,空腔及密封内部流动表现为四类旋涡结构;空腔流动对叶轮内部流动及气动性能的影响较小,但明显增加了扩压器内... 详细信息

本文以离心压缩机轮盘侧空腔流域为研究对象,通过数值计算,研究了设计工况下空腔流动结构及对主流区域的影响机制。结果表明,空腔及密封内部流动表现为四类旋涡结构;空腔流动对叶轮内部流动及气动性能的影响较小,但明显增加了扩压器内的流动损失,致使压缩机级性能显著下降。研究工作为深入了解空腔与通流部件间的相互影响规律提供理论依据,为完善离心压缩机气动性能预测模型奠定基础。

关键词：轮盘侧空腔流动结构离心压缩机气动性能

涡流管流动结构及能量分离性能LDV实验研究

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大连理工大学学报 2019年第5期59卷 480-491页

作者：郭向吉胡素锋张博刘博付庭煌大连理工大学能源与动力学院辽宁省复杂能源转换和高效利用重点实验室辽宁大连116024 中国特种设备检测研究院北京100029 北廷测量技术(北京)有限公司北京100044

设计了直径为30 mm的可组装式透明涡流管以实现主流道可视化,并采用二维激光多普勒测速(LDV)技术得到子午面时均流场.研究了不同冷流比(0.1~0.9)、主流道长度(360、600、900和1 200 mm)、入口压力(0.01、0.02 MPa)下的轴向速度和径向速... 详细信息

设计了直径为30 mm的可组装式透明涡流管以实现主流道可视化,并采用二维激光多普勒测速(LDV)技术得到子午面时均流场.研究了不同冷流比(0.1~0.9)、主流道长度(360、600、900和1 200 mm)、入口压力(0.01、0.02 MPa)下的轴向速度和径向速度分布,特别是折返流边界对能量分离性能的影响.LDV结果表明,时均轴向速度分布具有较好的轴对称性,不同压力下流动结构具有相似性,径向速度远小于轴向速度.增加冷流比会导致折返流边界径向膨胀,揭示了在过短管和过长管中两种能量分离恶化机制--过短管中折返流面过厚,过长管中轴向滞止点向冷端靠拢.该结果验证了以往所提出的优化准则,同时可以说明滞止点并不是涡流管中的一种基本流动结构.

关键词：涡流管激光多普勒测速(LDV) 流动结构能量分离性能折返流边界

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考虑车尾流动结构的被动减阻方法研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第4期36卷 28-34页

作者：周海超陈青云李慧云秦润芝江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为了研究不同汽车尾部的形状对尾流结构和气动阻力的影响,以35°Ahmed汽车模型为对象,在其车尾斜面上边线a与车尾斜面下底边b处,分别采用不同半径圆角进行过渡处理,应用数值模拟探讨了圆角半径对减阻效果的影响。结果表明:与初始模型相... 详细信息

为了研究不同汽车尾部的形状对尾流结构和气动阻力的影响,以35°Ahmed汽车模型为对象,在其车尾斜面上边线a与车尾斜面下底边b处,分别采用不同半径圆角进行过渡处理,应用数值模拟探讨了圆角半径对减阻效果的影响。结果表明:与初始模型相比,采用适当圆角过渡方案的模型明显改善了尾流结构,控制了尾部的流动分离,减少了车体的压差阻力,减阻效果最高为6.4%。

关键词： Ahmed体流动结构气动阻力被动减阻方法数值模拟