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发动机叶栅的实验研究和数值预测

引言 数值计算具有周期短、费用低和便于显示流场 细微结构等特点,但是目前它还不能完全代替费 时、费资金的风洞实验。数值计算需要实验来验证 其结果,过去人们较多地强调实验对计算的验证, 实际上数值模拟在实验工作中也能发挥很大作用。 数值计算可以以往的实验为基础,预估实验叶栅流 场,提供流场大体结构,从而便于设计或改善实验 方案〔,,z]。实验可以校验数值计算,同时计算可以 使实验更有针对性,两者相辅相成,相互促进。另 外,对于捕捉激波,除激波流场的纹影照片和纹影 录像外,数值计算也可作为一种补充。 实验室因条件所限只有20多只压力传感器, 种类也不相同,为了更好地进行实验研究,应充分 发挥数值模拟所具有的预估流场的能力。首先计算 不同工况下的流场,特别是对叶片表面压力分布情 况有所掌握,再根据流场情况适当布置测点,在不 同测点上依据压力变化大致范围选择量程合适的传 感器。其次,通过预估结果了解激波的大概位置, 也有助于进行流场的纹...  (本文共4页) 阅读全文>>

中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
中国科学院研究生院(工程热物理研究所)

基于流动控制的无导叶对转涡轮性能研究

对转涡轮技术是燃气涡轮发动机的一项关键技术,它在提高发动机推重比以及飞机性能方面具有较大的发展潜力。在1+1/2对转涡轮中,由于其高压动叶具有缩放型流道,使得1+1/2对转涡轮的流场、流量调节规律与具有渐缩型流道的常规涡轮有所不同。因此,深入研究1+1/2对转涡轮的流动特性,并采取有效的流动控制措施降低高压动叶流道内的激波损失以及控制对转涡轮流量,对增加流动稳定性和提高发动机性能具有重要意义。本文针对1+1/2对转涡轮的流动特征,分别采用在高压动叶吸力面沿展向加凸台、可调高压导叶和高压动叶叶表喷射冷气的流动控制措施,通过数值模拟和叶栅实验对流动控制措施的有效性及控制机理进行了研究,主要研究内容如下:1.在1+1/2对转涡轮高压动叶吸力面因内伸波导致的分离区设置凸台,通过调整凸台的轴向位置和高度,改变流道通流形状和面积,从而达到抑制分离的目的。采用数值模拟方法,对不同凸台位置和高度的工况进行对比分析,得到了能够有效抑制分离的凸台最...  (本文共179页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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不同折转角压气机叶栅中应用弯曲叶片的实验与数值研究

提高航空涡轮发动机性能的重要途径之一就是提高压气机部件的性能,叶片弯曲作为一种能够有效改善叶栅气动性能、降低作为压气机叶栅中主要能量损失来源的端壁损失的设计方法,已经得到广泛的应用和研究。压气机通流部分的三维几何形状对压气机气动性能的影响较大,随着现代航空涡轮发动机推重比的不断提高,研究如何在具有高负荷的压气机叶栅中继续应用叶片弯曲设计思想,以最大限度的提高压气机的性能成为近年来的热点。本文首先采用基于遗传算法的混合优化算法,对不同折转角压气机叶栅进行了正弯曲优化设计,得出了设计冲角下不同折转角时弯高、弯角的最佳匹配方案,并以此为基础确定了弯曲叶栅的实验方案。在低速大尺度环形风洞中,对具有40°、50°和60°的三种叶型折转角的叶栅进行了实验研究,其中每种叶型折转角叶栅又由四种直、弯叶栅组成,分别为常规直叶栅(STR)、15°正弯曲叶栅(PB15)、20°正弯曲叶栅(PB20)和25°正弯曲叶栅(PB25)。在设计零冲角和变冲角...  (本文共166页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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轴流压气机角区分离流动损失机理及流动控制策略研究

作为压气机内部一种特有的流动失稳现象,三维角区分离是未来高性能航空发动机高负荷压气机设计中最重要的影响因素之一,从而制约着压气机性能的进一步提高。为了提高对三维角区分离现象流动机理及相关流动损失控制技术的认识水平,本文围绕航空轴流压气机中三维角区分离现象,开展了压气机三维角区分离现象的物理机理、三维角区分离形成过程中所存在的边界层流动转捩现象流动物理机制和三维角区分离流动控制技术等三个方面的研究工作。论文的主要研究工作和贡献如下:(1)高性能压气机叶片三维角区分离现象的物理机理研究。本文对压气机三维角区分离现象的形成发展机制进行了详细的数值模拟研究,对压气机叶栅通道端壁二次流结构进行了更为完善的拓扑分析,揭示了压气机三维角区分离的形成机制:压气机叶片前缘涡系结构来源于来流边界层的分层现象;集中脱落涡来源于前缘角涡吸力面分支;前缘马蹄涡吸力面分支和相邻叶片的压力面分支在叶片通道中汇合,并卷吸来流端壁边界层从而形成通道马蹄涡;通道马...  (本文共191页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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边界元法在气热耦合计算及冷却结构优化中的应用研究

航空发动机技术已成为衡量国家科技工业水平和综合国力的重要标志,为此各国竞相开展了航空发动机的高技术研究。随着航空工业的发展,对发动机提出了更高的要求,要求它有更高的推重比、更大的单位体积输出功率、更低的燃油消耗率及更好的可靠性能等。提高涡轮前燃气温度是提高发动机性能的有效途径,然而,涡轮进口温度的提高速度远远高于叶片材料耐温性能的发展速度,由此为保证涡轮叶片在高温环境下安全可靠地工作,必须采取有效的冷却技术和热防护措施。涡轮叶片温度场的准确预测可以有效地指导设计人员进行涡轮叶片冷却结构设计,以提高冷却效率、延长叶片工作寿命。本文的主要工作是在哈尔滨工业大学推进理论与技术研究所原有的流体计算程序基础上,搭建具有自主知识产权、适用于气冷涡轮叶栅气热耦合换热计算的数值仿真平台;并进一步深入分析湍流模型、冷却通道入口湍流特性条件以及换热系数实验准则式对气热耦合计算结果的影响。最后应用基于边界元方法(BEM)和有限差分方法(FDM)的气热...  (本文共154页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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叶轮机宽频噪声产生机理和抑制方法的实验及数值研究

叶轮机噪声是航空发动机的主要噪声源,转静干涉离散单音噪声和湍流宽频噪声是它的组成成分。随着针对叶轮机转静干涉离散单音噪声抑制技术的日趋成熟,叶轮机湍流宽频噪声的重要性就日渐凸显。通常湍流干涉宽频噪声是叶轮机湍流宽频噪声的主要来源,而叶片尾缘噪声(自噪声)则决定了叶轮机湍流宽频噪声能够达到的最小值。然而实际上叶片尾缘噪声并不总是保持在很低的水平,尤其是当尾缘噪声的特殊现象:单音噪声出现时。针对叶轮机湍流宽频噪声,特别是尾缘噪声的特点、产生机理和抑制方法,本文开展了以下几个方面的研究工作:(1)将自由场环境下基于传声器阵列的声源识别测量方法扩展至普通室内环境下的声学测量中。(2)采用声源识别测量方法研究了微弯叶片前缘噪声与尾缘噪声的相对重要性问题、微弯叶片和大转折角叶栅的尾缘噪声特征、锯齿形尾缘对微弯叶片和大转折角叶栅尾缘噪声的降噪潜力。(3)采用流场/声场混合方法研究了微弯叶片、大转折角叶栅的尾缘噪声的产生机理,锯齿形尾缘对微弯叶...  (本文共240页) 本文目录 | 阅读全文>>