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叶尖泄漏流对压气机稳定性影响的数值分析

航空动力学报 2021年第2期36卷 320-328页

作者：王昊屠宝锋南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧... 详细信息

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧拉方程,黏性的影响通过特性曲线体现,因此对计算资源的要求较低。数值模拟的结果表明:在叶尖间隙的影响下,压气机的性能和稳定裕度均有所下降。叶尖间隙不改变失速先兆的类型,但使得失速团旋转速度加快,周向尺寸减小。所发展的叶尖涡模型能够预测叶尖间隙尺寸对压气机稳定边界与失速起始过程的影响,从而为在设计初期考虑压气机的气动稳定性、并且优化压气机设计,提供了一种较为实用的方法。

关键词：压气机稳定性叶尖泄漏流激盘模型计算流体力学旋转失速

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轴流压气机动态失速过程三维计算

航空动力学报 2009年第7期24卷 1616-1621页

作者：屠宝锋胡骏赵勇南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

基于三维非定常欧拉方程和三维激盘模型发展了一种用于研究轴流压气机动态失速过程的三维计算方法.利用该计算方法研究了某型高压压气机第一级的动态失速过程,并就转子总静压升特性的三种不同径向分布对失速过程的影响进行了分析.计算... 详细信息

基于三维非定常欧拉方程和三维激盘模型发展了一种用于研究轴流压气机动态失速过程的三维计算方法.利用该计算方法研究了某型高压压气机第一级的动态失速过程,并就转子总静压升特性的三种不同径向分布对失速过程的影响进行了分析.计算结果表明该方法能够反映出压气机的三维动态失速过程、失速团的三维空间结构,并能有效地表现出转子沿径向的特性变化对压气机气动稳定性的影响,而且还能够用于判断压气机的危险截面.

关键词：轴流压气机旋转失速激盘模型危险截面数值计算

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交叉潮汐透平阵列能量输出的数值研究

西安交通大学学报 2012年第11期46卷 35-39页

作者：白光辉高铁瑜李国君西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

为了使交叉潮汐透平阵列得到更好的应用,针对交叉透平阵列的特性对建立在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)技术基础上的计算潮汐透平水动力性能和流场的BE+CFD方法做了进一步的完善.通过该方法深入研究了交叉透平阵列结构... 详细信息

为了使交叉潮汐透平阵列得到更好的应用,针对交叉透平阵列的特性对建立在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)技术基础上的计算潮汐透平水动力性能和流场的BE+CFD方法做了进一步的完善.通过该方法深入研究了交叉透平阵列结构参数对阵列透平能量输出特性的影响,结果表明:透平阵列最优横向间距为2.5倍透平叶轮直径;透平阵列纵向间距越大,透平的能量输出越高,纵向间距为6倍透平叶轮直径时,4排交叉透平阵列的相对功率系数可达3.74;最优结构参数时,前两排透平的能量输出较相同条件的单机透平提高了11%.据此,提出了一种新的交叉透平阵列布置方式,经过比较发现,新的交叉透平阵列布置方式较原交叉阵列的优势更为显著,从流场周围吸收的能量更多,透平阵列的能量输出更高.

关键词：潮汐能交叉透平阵列叶素理论激盘模型数值研究

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水平轴潮汐透平场的数值研究

西安交通大学学报 2012年第7期46卷 98-102页

作者：白光辉樊鹏飞郭涛李国君西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为了研究水平轴潮汐透平的动力性能及透平周围流场的结构,在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)的基础上建立了一种可以计算潮汐透平动力性能和流场特征的BE+CFD方法,并在3种工况不同尖速比(TSR)下对透平的功率系数CP和轴向... 详细信息

为了研究水平轴潮汐透平的动力性能及透平周围流场的结构,在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)的基础上建立了一种可以计算潮汐透平动力性能和流场特征的BE+CFD方法,并在3种工况不同尖速比(TSR)下对透平的功率系数CP和轴向推力系数CT进行了计算,计算结果与实验结果吻合良好,表明所提方法是有效的.在此基础上,对单机透平周围流场进行了模拟,进而分析了透平下游流场的速度分布及透平阵列中横向距离对CP和CT的影响,结果显示:透平下游8倍直径中心处的流场速度值为入口速度时的86%;横向距离对CT影响较小;横向距离减小时CP呈增加趋势.该结果可为水平轴潮汐透平场设计提供理论参考.

关键词：潮汐透平计算流体动力学叶素理论激盘模型

叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响研究

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叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响研究

作者：王昊南京航空航天大学

学位级别：硕士

旋转失速是压气机特有的不稳定流态,它可能导致压气机性能严重降低,甚至熄火,因此如何增大稳定裕度,延缓或消除旋转失速的发生,在压气机设计中备受关注。众多研究表明,旋转失速与叶尖间隙泄漏流有密切联系,泄漏涡自身的形态与不稳定性... 详细信息

旋转失速是压气机特有的不稳定流态,它可能导致压气机性能严重降低,甚至熄火,因此如何增大稳定裕度,延缓或消除旋转失速的发生,在压气机设计中备受关注。众多研究表明,旋转失速与叶尖间隙泄漏流有密切联系,泄漏涡自身的形态与不稳定性对失速起始过程有重要影响。另外,随着高性能战斗机的快速发展,进气压力畸变的形式越来越复杂,影响越来越突出:畸变不仅在空间上不均匀,且同时包含稳态分量与动态分量;它使得压气机性能下降、稳定边界右移、稳定裕度减小。因此,研究叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响,对高性能压气机的发展具有重要意义。本文基于课题组已有的TUSIAC(Three Dimensional and Unsteady Stall Inception Analysis Code)程序,发展了考虑叶尖泄漏流与复杂进气畸变影响的计算模型。TUSIAC程序将转/静子简化为三维激盘,并在无叶区求解欧拉方程,因此对计算资源的要求较低。本文基于Martinez-Sanchez等人在叶尖涡建模方面的探索,发展了一种与三维激盘模型兼容的叶尖涡模型,能够在一定程度上显示受叶尖涡影响区域的流场,提高了模型的计算准确性;此外,基于Habets的空间噪声合成方法,提出了一种给定动态压力畸变指数,在压气机进口施加空间分布的动态压力畸变的方法,实现了稳态压力畸变和动态压力畸变的模拟能力。基于上述数值模型,本文分别针对一台单级轴流压气机和一台两级轴流压气机,在均匀进气且无间隙、有不同大小的叶尖间隙、有不同形式的总压畸变等各种情况下,对其工作过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。基于模拟结果,对叶尖间隙和稳态、动态总压畸变影响压气机稳定性的机理取得了一定的认识,具体包括:(1)叶尖间隙使得气流通道外环形成低压区,对失速团的周向发展有利,径向发展不利,体现为失速团的径向尺寸减小、周向尺寸增大或失速团个数增多。叶尖间隙越大,压气机性能与稳定裕度下降越严重;(2)引入总压畸变后,在稳定工作状态下,低压区从畸变影响区产生,随着流量减小而逐渐向高压区延伸,最终发展为旋转失速。低压区的逐步延伸和发展使得稳定工作状态与失速工况的界限变得模糊;(3)动态总压畸变在畸变影响区激发出无规律、交替出现的低压区,可能还有高压区。随着流量减小,低压区开始向外延伸,并经历(2)所述过程,但失速团从畸变影响区产生的时刻、以及失速团的尺寸,都呈现出受随机干扰的特点。(4)在综合畸变指数不变时,提高其中动态畸变分量的占比,则压气机的压升性能与稳定性先下降,后恢复。在这个过程中,动态畸变分量的增加使性能与稳定性下降,而稳定畸变分量的减少使得畸变区的平均压力回升,又使性能与稳定性恢复,而最终体现出来的特性是这两种过程共同作用的结果。综上所述,本文所提出的数值模型能够以较少的计算资源,模拟有叶尖间隙和复杂压力畸变情况下的动态失速过程,模拟结果符合实验结果,能够体现流动机理,从而为研究叶尖间隙和复杂压力畸变条件下的压气机气动稳定性提供了一种新的方法。

关键词：压气机气动稳定性激盘模型叶尖间隙压力畸变