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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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汽车环境风洞和环境舱流场品质的对比研究

同济大学学报（自然科学版） 2022年第S1期50卷 89-96页

作者：许翔张艺伦王丹李建韩佳伟牟连嵩刘学龙中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司风洞中心天津300300

汽车环境风洞和环境舱的流场品质直接影响汽车的各项热气动性能测试结果的准确性。采用试验与计算流体动力学(CFD)仿真相结合的方法研究对比了环境风洞和环境舱的流场品质。试验测试了环境风洞和环境舱试验段特定区域的风速均匀性、边... 详细信息

汽车环境风洞和环境舱的流场品质直接影响汽车的各项热气动性能测试结果的准确性。采用试验与计算流体动力学(CFD)仿真相结合的方法研究对比了环境风洞和环境舱的流场品质。试验测试了环境风洞和环境舱试验段特定区域的风速均匀性、边界层厚度、轴向静压梯度和动压稳定性等流场参数,使用CFD方法对环境风洞和环境舱进行流场三维数值模拟。通过对比环境风洞和环境舱的整体流场特征,分析了影响环境风洞和环境舱内流场差异的原因。试验和数值仿真结果表明:汽车环境风洞试验段流场的风速均匀性、边界层、轴向静压梯度、动压稳定性以及气流和风速分布等流场品质明显优于汽车环境舱。

关键词：汽车环境风洞汽车环境舱流场品质数值仿真

0.75 m×0.50 m结冰风洞气动—热流场品质评估

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航空工程进展 2023年

作者：魏龙涛刘森云王桥郭奇灵中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室

结冰风洞气动—热流场品质是结冰风洞开展试验应用的先决条件，为评估0.75 m×0.50 m结冰风洞的气流场和热流场品质，依照SAE5905结冰风洞标准，对0.75 m×0.50 m结冰风洞的气流场和热流场开展符合性校测试验，考察试验段中心截面的气... 详细信息

结冰风洞气动—热流场品质是结冰风洞开展试验应用的先决条件，为评估0.75 m×0.50 m结冰风洞的气流场和热流场品质，依照SAE5905结冰风洞标准，对0.75 m×0.50 m结冰风洞的气流场和热流场开展符合性校测试验，考察试验段中心截面的气流速度场、方向场和温度场品质，获得试验段气流速度修正关系和气流总温修正关系。结果表明：试验段气流速度空间最大偏差小于±2%，且试验段气流速度空间均匀性会随着气流速度的增大而得到改善；试验段气流偏角空间最大偏差小于0.8°；气流总温在-20℃以内时，空间均匀性可达到±1℃，气流总温为-30℃时，空间均匀性可达到±2℃。0.75 m×0.50 m结冰风洞的气动—热流场品质符合SAE5905要求。

关键词：结冰风洞速度场气流偏角温度场流场品质

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压气机平面叶栅试验器流场品质改进研究

压气机平面叶栅试验器流场品质改进研究

作者：杨昭中国民航大学

学位级别：硕士

平面叶栅试验器是研究压气机内部流动和叶型气动性能的基础设施,然而,现有试验器测得的试验数据会因试验器的流场品质缺陷存在较大差异,因此,有必要深入研究平面叶栅试验器流场品质改进措施,以及相应的流场品质评价方式。本文结合平面... 详细信息

平面叶栅试验器是研究压气机内部流动和叶型气动性能的基础设施,然而,现有试验器测得的试验数据会因试验器的流场品质缺陷存在较大差异,因此,有必要深入研究平面叶栅试验器流场品质改进措施,以及相应的流场品质评价方式。本文结合平面叶栅试验器的结构特点,利用数值模拟方法研究了不同措施对试验器流场品质的改善效果,并依据不同措施的流场表现探讨了平面叶栅试验应满足的流场品质要求。首先,试验器流场品质受附面层和上侧通道堵塞效应影响,因此选择进口上下侧板抽吸措施、出口导流尾板措施对试验器进行改进。其次,从定性、定量角度分析进口上下侧板抽吸措施、出口导流尾板措施对进口流场品质的影响规律,并以此为基础,讨论了抽吸与尾板组合措施对进口流场品质改善的优越性,通过对比不同改进措施的进口流场表现,探讨了将进口马赫数波动误差范围定至0.01以内,冲角波动误差范围定至0.5°以内时,进口流场均匀性评价的有效性和合理性,通过对比不同改进措施方案的来流附面层厚度、进口静压分布,发现进口静压均匀性的改善是进口流场品质提升的关键。再次,对比进口上下侧板抽吸措施、出口导流尾板措施、抽吸与尾板组合措施对出口流场品质的影响,结合进口流场品质的分析结果,明确了抽吸与尾板组合措施对平面叶栅试验器流场品质的改善效果最好,通过对比不同方案总压损失系数分布,发现进口抽吸与出口导流尾板在下侧板附近产生的过度物理作用可以相互平衡,从而促使出口流场周期性明显提升。最后,对比原型方案、抽吸与尾板组合措施方案的型面静压系数、通道流量、轴向密流比,以验证抽吸与尾板组合措施方案的流场品质,并简单介绍了抽吸与尾板组合措施方案流场品质改善原因,发现平面叶栅各通道差异较大的压差阻力是导致原型方案流场品质较差的原因,导流尾板会减小外界大气所产生的压差阻力,进口抽吸会调节进口位置的静压梯度,两者分别从内部、外部角度减小各通道间的压差阻力差异,最终提升试验器流场品质。

关键词：平面叶栅流场品质抽吸导流尾板数值模拟均匀性周期性

抽吸与射流对压气机平面叶栅流场品质的影响研究

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抽吸与射流对压气机平面叶栅流场品质的影响研究

作者：江达林大连海事大学

学位级别：硕士

平面叶栅风洞试验是叶轮机械气动设计中最为基础的一个环节,风洞试验结果的准确性将直接影响后续叶轮机械的设计工作。为了改善平面叶栅风洞流场品质,提高试验结果的准确性,本文以大连海事大学船用小型燃气轮机技术实验室的平面叶栅试... 详细信息

平面叶栅风洞试验是叶轮机械气动设计中最为基础的一个环节,风洞试验结果的准确性将直接影响后续叶轮机械的设计工作。为了改善平面叶栅风洞流场品质,提高试验结果的准确性,本文以大连海事大学船用小型燃气轮机技术实验室的平面叶栅试验台为研究对象,采用数值模拟方法研究了抽吸和射流对压气机平面叶栅流场品质的影响情况,主要开展的工作如下:首先,开展了原型压气机平面叶栅流场品质的研究,分析了两种攻角下压气机平面叶栅流场品质的差异及相应的调控手段。研究表明:在正攻角工况下,压气机平面叶栅各流道的流场品质均不满足理想风洞的品质要求,应在全流道采取调控措施改善压气机平面叶栅流场品质;在负攻角工况下,压气机平面叶栅流场品质仅在近上侧壁处较差,可采用局部流道调节的措施改善叶栅流场品质。其次,正攻角工况下在所有流道布置抽吸槽,研究了抽吸槽位置对压气机平面叶栅流场品质的影响情况,并在此基础上,进一步研究了抽吸槽形状、局部通道增强抽吸和非连续槽抽吸对压气机平面叶栅流场品质的影响情况。研究表明:在吸力面侧20%-80%弦长范围布置抽吸槽(CX2方案),可显著改善压气机平面叶栅流场品质,能够达到理想风洞流场品质的要求;抽吸槽形状方案(3＿yi＿1方案)针对附面层发展规律进行抽吸,有效抑制了壁面附面层的发展,从而改善了压气机平面叶栅流场品质;局部通道增强抽吸方案(CX2＿1方案)强化了压气机平面叶栅局部通道抽吸能力,能够有效疏导原型压气机平面叶栅流场由于风洞结构限制所导致的流场堵塞现象,从而提高压气机平面叶栅流场品质;非连续槽抽吸方案(CX A方案)集合了抽吸槽在不同抽吸位置时的优点,在抑制附面层发展的同时,对进口流场无附加干扰,进一步提高了压气机平面叶栅的流场品质。最后,负攻角工况下在压气机平面叶栅1#流道处布置射流孔,研究了射流孔周向夹角、周向位置、流向位置和射流角度对压气机平面叶栅流场品质的影响。结果表明:当射流孔周向夹角为16°时,可大幅改善压气机平面叶栅流场品质,能达到理想风洞流场品质的要求;当射流孔周向位置过于靠近或远离上侧壁时,均会导致压气机平面叶栅流场品质调控效果降低;射流孔流向位置对压气机平面叶栅流场品质的影响较小;随着射流角度的增加,压气机平面叶栅流场品质呈现先改善后略微恶化的趋势,当射流角度为30°时,能显著改善压气机平面叶栅流场品质。

关键词：压气机平面叶栅抽吸射流流场品质数值模拟

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跨声速平面叶栅试验器流场品质改善研究

推进技术 2022年第12期43卷 100-110页

作者：孙鹏张益智傅文广韩吉昂中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 大连海事大学船舶与海洋工程学院辽宁大连116026

为改善平面叶栅风洞流场品质,获得准确度高、可靠性强的试验结果,以跨声速平面叶栅试验器为研究对象,采用数值模拟方法研究了端壁抽吸和导流尾板的组合控制方法对A,B,C,D四种不同叶型弯角平面叶栅流场品质的改善效果。研究结果表明:在... 详细信息

为改善平面叶栅风洞流场品质,获得准确度高、可靠性强的试验结果,以跨声速平面叶栅试验器为研究对象,采用数值模拟方法研究了端壁抽吸和导流尾板的组合控制方法对A,B,C,D四种不同叶型弯角平面叶栅流场品质的改善效果。研究结果表明:在叶栅前缘上下端壁进行抽吸和尾缘安装导流尾板能够有效提升叶栅进口流场的均匀性和出口流场的周期性,使得各叶栅进口马赫数偏差流场存在三个或三个以上相邻满足周期性要求的连续通道。

关键词：平面叶栅抽吸尾板流场品质数值模拟均匀性周期性

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不同条件下平面叶栅风洞流场品质的实验研究

推进技术 2021年第5期42卷 1162-1170页

作者：蔡明高丽敏刘哲程昊王浩浩郭彦超西北工业大学动力与能源学院翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室陕西西安710129

为了全面认识亚声速平面叶栅风洞的流场品质及其影响因素,以典型高亚声速平面叶栅风洞为研究对象,试验测量并分析了空风洞的来流品质以及安装叶栅试验件后来流马赫数、来流攻角、以及叶片数对叶栅进口准确性、均匀性以及出口周期性的影... 详细信息

为了全面认识亚声速平面叶栅风洞的流场品质及其影响因素,以典型高亚声速平面叶栅风洞为研究对象,试验测量并分析了空风洞的来流品质以及安装叶栅试验件后来流马赫数、来流攻角、以及叶片数对叶栅进口准确性、均匀性以及出口周期性的影响。研究结果表明:空风洞内主流区域宽广且基本均匀,来流马赫数偏差不超过±0.005,来流气流角偏差不超过±1°;加装叶栅试验件后叶栅风洞周向流场分布表现出不对称,靠近可移动上侧壁的三个通道的来流均匀性和准确性普遍较差,叶栅中间和偏向可移动下侧壁的通道进口均匀性和准确性较好;来流攻角对叶栅进口流场品质的影响比马赫数更明显,在负攻角和较小的正攻角下,叶栅进口流场品质较好;在较大的正攻角下,叶栅进口均匀性和准确性明显下降;叶栅进口均匀性直接影响了通道内以及叶栅出口的周期性。

关键词：平面叶栅风洞流场品质准确性均匀性周期性攻角

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跨声速风洞槽壁试验段流场品质提升措施研究

西北工业大学学报 2021年第3期39卷 660-667页

作者：吴盛豪陈吉明陈钦裴海涛中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所四川绵阳621000

以CARDC 0.6 m连续式跨声速风洞为研究平台,开展了改善槽壁试验段流场品质的研究工作。风洞建成后的第一期调试,发现当试验段Ma>1.0时,槽壁试验段模型区内轴向马赫数分布均匀性较差,均方根偏差σ_(Ma)>0.01。利用数值仿真计算辅助分析,... 详细信息

以CARDC 0.6 m连续式跨声速风洞为研究平台,开展了改善槽壁试验段流场品质的研究工作。风洞建成后的第一期调试,发现当试验段Ma>1.0时,槽壁试验段模型区内轴向马赫数分布均匀性较差,均方根偏差σ_(Ma)>0.01。利用数值仿真计算辅助分析,确认低超声速时马赫数波动是由开槽数和开闭比选取不合适及喷管和试验段连接处曲率不连续引起。据此提出以下2种改进措施:①综合考虑洞壁干扰特性的影响,降低槽壁试验段开闭比,槽壁试验段改为开槽数为6、开闭比为6%的配置方案;②试验段入口设置弹性板,以实现喷管与试验段连接处型面曲线的曲率连续。对改进后的槽壁试验段数值仿真计算和试验验证,结果显示试验段模型区马赫数均匀性得到较好改善,均方根偏差指标达到了σ_(Ma)≤0.001(Ma<1.0),σ_(Ma)≤0.006(Ma≥1.0)的国际先进水平。

关键词：连续式跨声速风洞槽壁试验段轴向马赫数流场品质数值模拟

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高超声速喷管流场不均匀性分析与改进

空气动力学学报 2024年第5期42卷 38-44页

作者：吴岸平范孝华郭雷涛何超许晓斌中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

飞行器的发展,对风洞不同模拟条件下气动和操稳特性的准确预测提出了更高需求。风洞流场品质是影响试验数据精准度的主要因素之一,本文以某风洞马赫数5.5喷管为研究对象,开展喷管出口流场不均匀性研究。通过数值计算捕捉喷管内部微弱波... 详细信息

飞行器的发展,对风洞不同模拟条件下气动和操稳特性的准确预测提出了更高需求。风洞流场品质是影响试验数据精准度的主要因素之一,本文以某风洞马赫数5.5喷管为研究对象,开展喷管出口流场不均匀性研究。通过数值计算捕捉喷管内部微弱波系结构,分析喷管型面设计方法、型面加工精度和型面拼接处阶差等因素对喷管出口流场品质的影响,并与风洞流场校测结果进行对比分析,得出目前影响喷管出口流场品质的主要因素是拼接处阶差,并针对该因素提出了改进策略,通过对喷管合理分段减少波系对试验区域影响,以进一步提升风洞流场品质。

关键词：高超声速流场品质喷管设计阶差喷管分段优化设计