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基于不稳定性理论的离心喷嘴液雾SMD半理论预测

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航空动力学报 2024年第9期39卷 245-255页

作者：高昭刘玉英张权黄勇王东辉北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

基于液膜雾化的不稳定性理论,同时考虑离心喷嘴锥形液膜气液相互作用过程中开尔文-亥姆霍兹(K-H)不稳定性和瑞利-泰勒(R-T)不稳定性对液膜破碎的影响,建立了离心喷嘴液雾索太尔平均直径(SMD)半理论预测模型,并在燃油温度240~300 K、燃... 详细信息

基于液膜雾化的不稳定性理论,同时考虑离心喷嘴锥形液膜气液相互作用过程中开尔文-亥姆霍兹(K-H)不稳定性和瑞利-泰勒(R-T)不稳定性对液膜破碎的影响,建立了离心喷嘴液雾索太尔平均直径(SMD)半理论预测模型,并在燃油温度240~300 K、燃油压力0.5~3 MPa条件下开展了离心喷嘴燃油雾化全息试验和激光多普勒粒子分析仪(PDPA)测试验证试验。研究表明:液膜表面同时存在流向波和周向波,燃油压力和燃油温度的降低,均会抑制液膜表面不稳定性的发展,使得液雾SMD增大,且相较于K-H不稳定性,燃油压力变化对R-T不稳定性的影响更为显著;模型可实现对变物性、结构和工况离心喷嘴液雾SMD的良好预测,最大预测误差在±15%左右,对离心喷嘴的雾化性能预测和结构优化设计具有一定的工程应用价值。

关键词：离心喷嘴锥形液膜不稳定性理论索太尔平均直径预测模型

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收缩扩张型混合管结构参数对圆排波瓣引射器性能影响

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航空动力学报 2024年第6期39卷 178-185页

作者：肖长庚刘友宏张寒淳杰黄宇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206

目前收缩扩张型混合管结构参数对于圆排波瓣引射器影响的相关研究少,为此首先进行了带有不同结构参数收缩扩张型混合管的圆排波瓣喷管和圆形喷管引射器缩比模型引射性能的实验研究。结果表明,当混合管喉道直径和长度较小且主流质量流量... 详细信息

目前收缩扩张型混合管结构参数对于圆排波瓣引射器影响的相关研究少,为此首先进行了带有不同结构参数收缩扩张型混合管的圆排波瓣喷管和圆形喷管引射器缩比模型引射性能的实验研究。结果表明,当混合管喉道直径和长度较小且主流质量流量较低时,圆形喷管的引射性能高于波瓣喷管,但随着质量流量增加情况发生逆转;当喉道直径和长度较大时,在实验质量流量范围内和满足主流附壁条件下,波瓣喷管引射性能均高于圆形喷管;随着主流质量流量增大,引射质量流量比存在一个极大值,并且随着喉道直径和长度增大,该极大值也逐渐增大,在所研究模型中极大值的最大增长率为58.5%。接着,本文建立了经过实验数据验证的数值计算模型,误差不大于4.5%。仿真结果表明:随着喉道直径和长度增大,总压恢复系数逐渐增大,喉道尺寸的增大对于流动损失具有改善作用。

关键词：收缩扩张型混合管圆排波瓣喷管圆形喷管引射器实验与仿真引射性能

考虑微观组织演化的DD6单晶高温合金蠕变剩余寿命预测

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航空动力学报 2024年第9期39卷 106-112页

作者：尤文超王荣桥胡殿印赵炎潘锦超张斌陈校生北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中小型航空发动机联合研究中心北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

以DD6单晶高温合金为研究对象,通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制,建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型;并通过表征蠕变损伤状态,提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明:该蠕变模型比θ映射... 详细信息

以DD6单晶高温合金为研究对象,通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制,建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型;并通过表征蠕变损伤状态,提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明:该蠕变模型比θ映射模型模拟精度提高了57.6%,模型参数比K-R损伤模型减少了1/3;基于蠕变剩余寿命模型的预测结果的平均预测误差为5.59%,说明模型的有效性。

关键词： DD6单晶高温合金蠕变本构模型微观组织演化剩余寿命

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双城系统的聚集外部性、拥堵外部性和最优收费

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交通运输系统工程与信息 2024年第1期24卷 46-54页

作者：苗婷婷黄海军北京航空航天大学经济管理学院北京100191

聚集外部性有利于提高双城系统的经济发展,但同时也会产生城际通勤拥堵外部性,为缓解城际通勤交通拥堵,可以利用最优收费调节交通供需关系。本文研究了城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性和聚集外部性的变化规律,建立双城系统的空间... 详细信息

聚集外部性有利于提高双城系统的经济发展,但同时也会产生城际通勤拥堵外部性,为缓解城际通勤交通拥堵,可以利用最优收费调节交通供需关系。本文研究了城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性和聚集外部性的变化规律,建立双城系统的空间均衡模型和社会最优模型,分析居民的职住分布,得到城际通勤最优收费水平。结果表明,因为聚集外部性的存在,城际通勤最优收费水平可能大大低于交通拥堵外部性成本;当聚集外部性固定时,城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性的增大而增大;当交通拥堵外部性固定时,随着聚集外部性的增大,城际通勤最优收费水平先增大后减少;当聚集外部性和交通拥堵外部性同时变化时,随着聚集外部性的增大,交通拥堵外部性的减少,城际通勤最优收费小于零,此时,城际通勤时可以得到补贴。

关键词：交通运输经济最优收费社会最优双城系统交通拥堵外部性聚集外部性

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木质素制备航油工艺与能耗优化

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 904-912页

作者：黄星华董升飞杨晓奕北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

木质素单体的环状结构使其成为航空替代燃料中芳香烃和环烷烃制备的有效前驱体。通过比较分析木质素加氢制备芳香烃和环烷烃、气化制氢、燃烧供热路径的工艺特点和物流信息,采用Aspen Plus进行不同路径的物耗及能耗分析。其中木质素制... 详细信息

木质素单体的环状结构使其成为航空替代燃料中芳香烃和环烷烃制备的有效前驱体。通过比较分析木质素加氢制备芳香烃和环烷烃、气化制氢、燃烧供热路径的工艺特点和物流信息,采用Aspen Plus进行不同路径的物耗及能耗分析。其中木质素制备芳香烃收率为17.3%~20.7%,环烷烃收率为17.5%~23.7%,气化制氢收率为35.519 g/kg木质素,燃烧供热为22.942 MJ/kg木质素。基于充分利用木质素的原则,以木质素气化制氢作为氢源,木质素燃烧作为热源,结合芳香烃和环烷烃制备路径,设计了多条木质素制备航油自供氢自供热的综合工艺。通过能耗分析和优化,得出木质素热解-烷基化-加氢制备芳香烃或环烷烃综合工艺航油综合收率为11.8%或9.2%,综合热负荷为7.357 MJ/kg或7.687 MJ/kg木质素;木质素热解-烷基化-加氢制备芳香烃和环烷烃(1∶1)综合工艺航油综合收率为10.3%,综合热负荷为7.538 MJ/kg木质素,综合氢耗为0.27%。木质素一步法加氢制备航油工艺虽然反应条件温和,流程简单,但仍需进一步改善反应体系以解决高能耗的问题。

关键词：木质素航空替代燃料加氢芳香烃环烷烃能耗分析

GPU加速高阶谱差分方法在风扇噪声中的应用

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航空学报 2024年第8期45卷 118-132页

作者：张东飞高军辉北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

风扇是大涵道比涡扇发动机的主要噪声源之一,准确预测风扇噪声对声学设计、噪声机制分析具有重要意义。高精度计算气动声学方法是风扇噪声计算的一个重要途径,但是由于巨大的计算资源需求,限制了其在风扇噪声计算上的应用。将图形处理器... 详细信息

风扇是大涵道比涡扇发动机的主要噪声源之一,准确预测风扇噪声对声学设计、噪声机制分析具有重要意义。高精度计算气动声学方法是风扇噪声计算的一个重要途径,但是由于巨大的计算资源需求,限制了其在风扇噪声计算上的应用。将图形处理器(GPU)加速计算方法应用到高阶谱差分计算气动声学求解器中,对不同的GPU和中央处理器(CPU)异构计算模式进行了测试和优化,并分析了影响异构计算效率的瓶颈。在A100 GPU卡上测试的结果表明,相比于28核的CPU计算节点,采用静止网格、运动网格的GPU计算加速比分别为20.4、14.0。将GPU加速的计算气动声学求解器应用到低速风扇噪声数值模拟中,准确预测了管道内前两阶叶片通过频率(BPF)的主导模态,与实验测量结果相比,模态声功率级误差在5 dB以内。

关键词： GPU 异构计算风扇噪声谱差分方法叶轮机械

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广义多边形凸包弹性线递支模拟算法

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 216-223页

作者：崔钰萍李子涵郑国磊北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对诸多领域涉及的平面弯曲图形的凸包计算,提出弹性线递支模拟算法用于计算简单闭广义多边形的弹性包络线。所提算法基于物理模型,通过判断各支点是否受力平衡来判别其是否为弹性包络线上的平衡支点,并据此分别进行前进、回弹和跳跃... 详细信息

针对诸多领域涉及的平面弯曲图形的凸包计算,提出弹性线递支模拟算法用于计算简单闭广义多边形的弹性包络线。所提算法基于物理模型,通过判断各支点是否受力平衡来判别其是否为弹性包络线上的平衡支点,并据此分别进行前进、回弹和跳跃等操作,直至计算出所有平衡支点进而求出其弹性包络线。3种典型的简单闭广义多边形的对比测算表明:所提算法可实时稳健地求解平面任意简单闭广义多边形的弹性包络线,具有高效性和普遍适用性。

关键词：广义多边形曲边形凸包弹性包络线支撑线

混合相结冰条件下多段翼的撞击黏附与积冰的数值模拟

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第2期41卷 202-217页

作者：刘宗辉卜雪琴黄平林贵平王毓栋北京航空航天大学航空科学与工程学院中国北京100083 北京航空航天大学杭州创新研究院中国杭州311115

随着飞机结冰问题研究的深入,混合相结冰问题已经成为研究热点。本文使用了阻力模型、黏附模型和结冰热力学模型来计算混合相结冰条件下的准三维多端翼的结冰情况。首先对多段翼进行了网格划分和空气流场计算。然后进行了数值模拟计算,... 详细信息

随着飞机结冰问题研究的深入,混合相结冰问题已经成为研究热点。本文使用了阻力模型、黏附模型和结冰热力学模型来计算混合相结冰条件下的准三维多端翼的结冰情况。首先对多段翼进行了网格划分和空气流场计算。然后进行了数值模拟计算,分析了混合相结冰条件下冰晶的撞击、黏附和积冰特征。结果表明,在本研究的条件下,冰晶的黏附质量流量很高,会对飞行安全造成威胁,并且冰晶在溢流水区域也会发生黏附。此外,随着液态水含量(Liquid water content,LWC)与总水含量(Total water content,TWC)比值的升高,冰晶更容易黏附在表面并参与表面结冰。

关键词：多段翼混合相结冰撞击模型黏附模型结冰热力学模型

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单晶涡轮叶片典型任务循环蠕变分析

航空动力学报 2024年第6期39卷 1-9页

作者：石多奇张雨曼隋天校杨晓光北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤... 详细信息

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤的工作状态从而实现了载荷谱简化,分别计算了该涡轮叶片在10000个战斗机飞行循环和40000个运输机飞行循环下的蠕变变形,并进行了蠕变寿命评估。结果显示:计算采用的典型载荷状态中,该叶片在巡航及以下状态产生的损伤较小,进行蠕变计算时可以删除,简化后的蠕变载荷谱与原载荷谱下叶片产生的蠕变变形基本相等;不同飞机任务剖面下涡轮叶片具有不同的蠕变寿命,在采用的战斗机典型飞行循环下,该叶片的蠕变寿命约为运输机飞行循环下的1/14,这与发动机的大功率状态持续时间占比有关。

关键词：涡轮叶片典型任务循环蠕变变形寿命评估变载蠕变模型 UMAT子程序