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基于油冷叶片的涡轮叶间燃烧性能研究

航空动力学报 2024年第6期39卷 143-153页

作者：卿黎明朱剑琴程泽源北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

为进一步提升航空燃气涡轮发动机性能,提出一种高压涡轮叶间燃烧的结构,采用叶片油冷后的高温燃油喷入叶间通道燃烧,利用径向槽(radial vane cavity,RVC)稳定火焰,以涡轮导向叶片C3X为叶间燃烧叶片模型,数值研究了径向槽尺寸(深长比为0.... 详细信息

为进一步提升航空燃气涡轮发动机性能,提出一种高压涡轮叶间燃烧的结构,采用叶片油冷后的高温燃油喷入叶间通道燃烧,利用径向槽(radial vane cavity,RVC)稳定火焰,以涡轮导向叶片C3X为叶间燃烧叶片模型,数值研究了径向槽尺寸(深长比为0.4~0.6)、油气比(0.007~0.0105)和燃油温度(300~500 K)对叶间燃烧性能的影响。结果表明:径向槽深长比为0.5时获得最佳燃烧效果,由燃烧引起的热阻损失在7%左右,可实现在叶间的近似等温燃烧;叶间燃烧性能随油气比增大而降低,油气比为0.007时距叶片出口20 mm处燃烧效率达到98.86%;高温燃油在叶间通道内燃烧性能要明显优于低温燃油的燃烧性能,在叶片出口处燃烧效率提升约13%。相关结论可为叶间燃烧技术的发展提供参考。

关键词：涡轮叶间燃烧油冷叶片高温燃油径向槽燃烧性能超紧凑燃烧

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涡轮动叶背侧不同叶高处异型孔气膜对比

航空动力学报 2024年第5期39卷 62-70页

作者：王磊李海旺谢刚周志宇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 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京102206

采用数值仿真的方法对比研究了涡轮转子叶片背侧不同叶高位置处的圆柱孔、扇形孔和簸箕孔三种孔型气膜冷却的差异。气膜孔位于吸力面17.8%流向位置,并分别在10%、30%、50%、70%和90%叶高位置各设有一个气膜孔,三种孔型的圆孔段直径均为0... 详细信息

采用数值仿真的方法对比研究了涡轮转子叶片背侧不同叶高位置处的圆柱孔、扇形孔和簸箕孔三种孔型气膜冷却的差异。气膜孔位于吸力面17.8%流向位置,并分别在10%、30%、50%、70%和90%叶高位置各设有一个气膜孔,三种孔型的圆孔段直径均为0.8 mm。研究在600 r/min转速(对应旋转雷诺数为536 000)条件下开展并获得吹风比为0.50、0.75、1.00、1.25和1.50条件下的气膜冷却效率分布。研究结果指出:不同叶高位置处的气膜尾迹受叶根通道涡和叶顶泄漏流的影响呈现不同程度地向中间叶高位置偏转的趋势,因此不同叶高位置处的气膜尾迹内的涡对结构不对称的特征也不同。随着吹风比的增加,出现最大气膜冷却效率的叶高位置逐渐向叶顶方向移动。使用扇形孔和簸箕孔可以削弱冷却射流在气膜孔出口位置的法向动量,提升了气膜的附壁性和气膜冷却效率。

关键词：气膜冷却涡轮动叶吸力面叶高位置异型孔吹风比

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涡轮动叶吸力面气膜冷却径向差异对比

航空动力学报 2024年第4期39卷 215-223页

作者：王磊李海旺谢刚周志宇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在... 详细信息

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在400、600 r/min和800 r/min转速下进行,分别对应旋转雷诺数357000、536000和715000。研究涉及5个吹风比:0.50、0.75、1.00、1.25和1.50。研究结果表明:靠近叶根处的气膜受叶根通道涡影响明显向叶顶方向偏转。不同叶高位置处的气膜冷却效率分布存在明显差异。旋转给冷却射流带来附加离心力和哥氏力的作用,使得吹风比和旋转雷诺数的增加对不同叶高位置的气膜尾迹偏转产生不同影响。旋转雷诺数对不同叶高位置的气膜冷却影响存在差异。

关键词：气膜冷却涡轮动叶吸力面不同叶高位置吹风比旋转雷诺数

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基于双层壁冷却结构的综合冷效数值解耦研究

航空动力学报 2024年第5期39卷 71-79页

作者：刘润洲李海旺由儒全黄毅陶智北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 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气动热力国家级重点实验室北京102206

采用数值解耦的方法,定量分析了双层壁平板冷却结构的综合冷效与内部冷却、气膜孔内冷却和冷气覆盖之间的关系。吹风比为0.25、0.5、1和1.5。通过研究发现,吹风比对双层壁模型的综合冷效有明显影响。当吹风比由0.25增大到1.5时,综合冷... 详细信息

采用数值解耦的方法,定量分析了双层壁平板冷却结构的综合冷效与内部冷却、气膜孔内冷却和冷气覆盖之间的关系。吹风比为0.25、0.5、1和1.5。通过研究发现,吹风比对双层壁模型的综合冷效有明显影响。当吹风比由0.25增大到1.5时,综合冷效增大57.9%。内部冷却占主导地位的区域主要是冲击气流的驻点区。气膜孔内冷却影响最大的区域为气膜孔出口的上游,而且沿流向孔内冷却的影响逐渐减小。冷气覆盖对综合冷效的影响沿流向逐渐积累,在第3个气膜孔出口附近冷气覆盖的影响最大。而且在冷气覆盖区域的影响要大于在远离气膜孔区域的影响。当吹风比增大至1时,孔内冷却对综合冷效的影响已经超过了冷气覆盖。

关键词：综合冷效气膜冷却内部冷却解耦吹风比平板模型

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基于肋条切除的尖区旋涡演化调控研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1314-1323页

作者：陈凯来张伟昊王宇凡蒋首民陈云马广健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 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

叶尖端区各种旋涡的演化对涡轮气动性能有较大影响,本文采用数值模拟的方法,通过肋条部分切除的方式对尖区旋涡的控制进行了研究。结果表明:切除前缘吸力侧肋条使泄漏流与通道涡掺混,能延迟泄漏涡的形成并抑制通道涡在下游的发展,涡轮... 详细信息

叶尖端区各种旋涡的演化对涡轮气动性能有较大影响,本文采用数值模拟的方法,通过肋条部分切除的方式对尖区旋涡的控制进行了研究。结果表明:切除前缘吸力侧肋条使泄漏流与通道涡掺混,能延迟泄漏涡的形成并抑制通道涡在下游的发展,涡轮级效率有小幅提升;切除尾缘吸力侧肋条使凹槽腔内流体卷入泄漏涡,能补充泄漏涡的动量从而减小泄漏涡的破碎损失,涡轮级效率提升明显。

关键词：轴流涡轮泄漏流动肋条切除旋涡控制

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平板式预膜喷嘴雾化特性

航空动力学报 2024年第7期39卷 161-168页

作者：刘凯李宗禹曾文王方沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:... 详细信息

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:气液动量比对油膜厚度影响较大,韦伯数对油膜波动频率影响较大.气液动量比由0.75增大到30.39,最小油膜厚度由0.38 mm减小到0.15 mm,而雾化粒度仅由38.8 μm减小到33.5μm;韦伯数由11.91增大到61.51,油膜波动频率由2.9 Hz增大到207.0Hz,初始雾化距离明显减小,雾化粒度由37.1 μm减小到24.9 μm.

关键词：预膜喷嘴韦伯数动量比油膜厚度波动频率雾化粒度

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榫连接结构微动疲劳模拟件设计及试验

航空动力学报 2024年第9期39卷 75-82页

作者：鄢林胡殿印田腾跃毛建兴王荣桥北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机研究院中小型航空发动机联合研究中心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

提出了基于损伤控制参量一致的榫连接结构微动疲劳模拟件设计方法。在几何相似的基础上，保证最大相对滑移距离与临界距离内等效应力分布的一致性，确定模拟件的二维结构尺寸；在此基础上，以临界裂纹长度内应力强度因子一致为目标，优... 详细信息

提出了基于损伤控制参量一致的榫连接结构微动疲劳模拟件设计方法。在几何相似的基础上，保证最大相对滑移距离与临界距离内等效应力分布的一致性，确定模拟件的二维结构尺寸；在此基础上，以临界裂纹长度内应力强度因子一致为目标，优化分析确定模拟件的三维结构尺寸；开展了某型发动机涡轮榫连接结构模拟件的微动疲劳试验，试验观测到裂纹萌生于接触面边缘，裂纹初期扩展方向垂直于接触面，断裂时的裂纹长度与仿真结果相比误差小于5%，由此验证模拟件设计方法的合理性。

关键词：榫连接结构模拟件微动疲劳裂纹萌生裂纹扩展

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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 113-119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中小型航空发动机联合研究中心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航空航天大学航空发动机研究院

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... 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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双旋流气动雾化喷嘴近场区初始雾化特征实验研究

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航空动力学报 2024年

作者：程泽宇谢宇郭志辉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防重点实验室

利用背光高速阴影法结合液膜跟踪识别程序对双旋流气动雾化喷嘴出口处的液膜失稳、破碎过程进行了全时序的研究。基于唯像描述对液膜破碎过程进行了分析，总结了旋流作用下液膜的偏转、周向转动、径向拍振以及自旋的特性。基于破碎过程... 详细信息

利用背光高速阴影法结合液膜跟踪识别程序对双旋流气动雾化喷嘴出口处的液膜失稳、破碎过程进行了全时序的研究。基于唯像描述对液膜破碎过程进行了分析，总结了旋流作用下液膜的偏转、周向转动、径向拍振以及自旋的特性。基于破碎过程中液体形态随时间的演化特征总结出三种双旋流作用下的典型液膜破碎模式：液袋破碎、液丝破碎及复合破碎模式。结合实验统计数据与高速图像进行定量分析发现：液丝平均长度LLig受工况参数影响明显，气流压降Δpg较液体流量m˙l对其影响更大，进一步通过实验数据拟合出其与Wel、Rel间的经验公式。提出利用液体聚集特征长度偏差量C度量破碎模式出现的概率。研究发现，Δpg对偏差量C影响较大且呈现随压降增加而减小的规律，表明Δpg主导了液膜破碎模式的变化而m˙l对C影响较小，不影响破碎模式转变。

关键词：双旋流气动雾化喷嘴初始雾化液膜破碎破碎特征量液膜跟踪识别