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Development and application of a throughflow method for high-loaded axial flow compressors 被引量:7
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作者 LI Bo GU Chun Wei +2 位作者 LI Xiao Tang LIU Tai Qiu XIAO Yao Bing 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期93-108,共16页
In this paper, a novel engineering platform for throughflow analysis based on streamline curvature approach is developed for the research of a 5-stage compressor. The method includes several types of improved loss and... In this paper, a novel engineering platform for throughflow analysis based on streamline curvature approach is developed for the research of a 5-stage compressor. The method includes several types of improved loss and deviation angle models, which are combined with the authors' adjustments for the purpose of reflecting the influences of three-dimensional internal flow in high-loaded multistage compressors with higher accuracy. In order to validate the reliability and robustness of the method, a series of test cases, including a subsonic compressor P&W 3S1, a transonic rotor NASA Rotor 1B and especially an advanced high pressure core compressor GE E^3 HPC, are conducted. Then the computation procedure is applied to the research of a 5-stage compressor which is designed for developing an industrial gas turbine. The overall performance and aerodynamic configuration predicted by the procedure, both at design- and part-speed conditions, are analyzed and compared with experimental results, which show a good agreement. Further discussion regarding the universality of the method compared with CFD is made afterwards. The throughflow method is verified as a reliable and convenient tool for aerodynamic design and performance prediction of modern high-loaded compressors. This method is also qualified for use in the further optimization of the 5-stage compressor. 展开更多
关键词 throughflow method multi-stage compressor high-loaded loss and deviation angle models streamline curvature aerodynamic design performance prediction
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基于时间推进通流反问题的跨声速轴流风扇设计研究
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作者 李进广 吴虎 杨晨 《航空动力学报》 北大核心 2025年第9期422-434,共13页
基于计算流体力学(CFD)理论,发展了一种面向多级轴流风扇的通流反设计方法。为准确加载无黏叶片力,基于近似因子分解法提出了一种鲁棒的流面几何更新数值解法。采用该方法对一款两级跨声速风扇进行了重新设计,并通过全三维数值模拟进行... 基于计算流体力学(CFD)理论,发展了一种面向多级轴流风扇的通流反设计方法。为准确加载无黏叶片力,基于近似因子分解法提出了一种鲁棒的流面几何更新数值解法。采用该方法对一款两级跨声速风扇进行了重新设计,并通过全三维数值模拟进行了验证。结果显示:程序能够稳健且高效地实现通流设计的完全收敛,且子午流场与全三维周向平均结果基本吻合。经全三维验证,设计工况的质量流量和总压比均达到设计目标;非设计工况下本设计方案与其原型性能各有优劣。非设计转速下的峰值效率虽有所降低(最大降低1.04%),但稳定裕度和失速总压比均有一定提升(最大分别提升1.7%和1.26%)。 展开更多
关键词 反问题 轴流风扇 时间推进 通流方法 气动设计
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进出口边界压力扰动对多级轴流压气机气动不确定性影响
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作者 李灿灿 肖左利 罗佳奇 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期34-48,共15页
量化边界流动扰动的不确定性影响是压气机鲁棒性气动设计的主要研究内容之一。基于计算流体力学的多级压气机气动不确定性量化(UQ)非常耗时,高效的气动预测方法有助于提高UQ的计算效率。本文采用时间推进欧拉通流方法(Euler-TFM)和直接... 量化边界流动扰动的不确定性影响是压气机鲁棒性气动设计的主要研究内容之一。基于计算流体力学的多级压气机气动不确定性量化(UQ)非常耗时,高效的气动预测方法有助于提高UQ的计算效率。本文采用时间推进欧拉通流方法(Euler-TFM)和直接蒙特卡洛模拟(MCS)研究了进出口边界压力扰动对某型4.5级轴流压气机的气动不确定性影响。首先,实现了基于Euler-TFM的压气机气动性能预测,并通过与三维数值计算结果的对比验证了Euler-TFM的精度。随后采用MCS量化了不同工况下进口总压、出口背压、两者耦合的不确定性变化对压气机绝热效率、流量和压比的影响大小。基于Sobol灵敏度分析的结果表明:在近失速工况下,进口总压和出口背压扰动对性能变化的影响存在强烈的耦合作用。最后对流场进行统计分析,揭示了边界流动扰动对该压气机流场和性能变化的影响规律,并评估了气动设计的鲁棒性。 展开更多
关键词 不确定性 多级轴流压气机 流动扰动 欧拉通流方法 概率统计
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变循环压缩系统的一体化通流设计方法 被引量:4
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作者 刘宝杰 贾少锋 于贤君 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2750-2756,共7页
以双外涵和三外涵两款典型的涡扇发动机的变循环压缩系统为研究对象发展了一个基于流线曲率法的一体化通流设计方法,以期简化变循环压缩系统的设计流程,缩短设计周期.通过一个三外涵变循环压缩系统的设计实例,验证了方法的正确性和程序... 以双外涵和三外涵两款典型的涡扇发动机的变循环压缩系统为研究对象发展了一个基于流线曲率法的一体化通流设计方法,以期简化变循环压缩系统的设计流程,缩短设计周期.通过一个三外涵变循环压缩系统的设计实例,验证了方法的正确性和程序的功能完整性,得到了以下主要结论:1第1,2外涵道的连通使压缩系统各部件之间的气动关系变得复杂,正确处理各部件之间的匹配关系是一体化设计的关键;2流线曲率法适用于变循环压缩系统的通流设计,其流量边界条件可方便地用于模拟前可调面积涵道引射器的调节功能;3第1,2外涵道的掺混过程对上游叶片区域的流场影响微弱,采用简单的掺混模型能够满足计算需求. 展开更多
关键词 变循环 压缩系统 一体化设计 通流 流线曲率法
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双外涵压缩系统中部件匹配规律的分析(英文) 被引量:1
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作者 刘宝杰 贾少锋 于贤君 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期286-298,共13页
多重外涵道和面积可调阀门使得双外涵变循环发动机(DBE)的压缩部件(风扇、核心机驱动风扇级和高压压气机)之间的气动关联变得复杂。合理地匹配各压缩部件是DBE压缩系统设计的一个首要任务。为了探索DBE压缩系统的设计准则,利用通用的一... 多重外涵道和面积可调阀门使得双外涵变循环发动机(DBE)的压缩部件(风扇、核心机驱动风扇级和高压压气机)之间的气动关联变得复杂。合理地匹配各压缩部件是DBE压缩系统设计的一个首要任务。为了探索DBE压缩系统的设计准则,利用通用的一体化通流计算程序对一个定制设计的DBE压缩系统的部件匹配规律进行了研究,分析了基准匹配状态和两个节流过程(第一外涵道节流和第二外涵道节流)中各部件的匹配状态。对于本文所研究的双外涵压缩系统,通流计算结果表明,在基准匹配状态下,核心机驱动风扇级(CDFS)和高压压气机(HPC)的展向不匹配使得压缩系统的总压比下降了2%、效率降低了0.002。第一外涵道节流会显著改变HPC进口级的匹配状态,而对后面级和CDFS的影响不大。第二外涵道节流改变了CDFS的进口流动剖面,使得CDFS的稳定工作范围减小,而对HPC的匹配状态影响较小。 展开更多
关键词 双外涵发动机 一体化通流方法 部件匹配 节流
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变循环发动机前可调面积涵道引射器的通流计算方法 被引量:10
6
作者 刘宝杰 贾少锋 于贤君 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1689-1698,共10页
为了实现变循环涡扇发动机压缩系统的快速一体化气动设计,研究了变循环特征部件在一体化通流计算中的实现途径,针对其中的关键部件前可调面积涵道引射器(前VABI),结合其工作机理和流线曲率法通流计算方法的特点,提出了一种通流模拟的思... 为了实现变循环涡扇发动机压缩系统的快速一体化气动设计,研究了变循环特征部件在一体化通流计算中的实现途径,针对其中的关键部件前可调面积涵道引射器(前VABI),结合其工作机理和流线曲率法通流计算方法的特点,提出了一种通流模拟的思路,发展了不同应用条件下的计算方法,并基于汇流环管流动模型对计算方法的合理性和准确性进行了校验。计算结果显示,在不发生流动堵塞的情况下,前VABI的轴向调节和俯仰调节方式对变循环压缩系统中第一、二外涵道匹配工作特性的影响较小,匹配流量的最大误差小于0.2%,在计算中采用俯仰调节可以准确地模拟轴向调节时的真实特性。在通流计算中,当第一外涵道气流总压高于第二外涵道较多(核心机驱动风扇级增压比大)时,前VABI尾缘的通流计算站应该合理设置,以避免计算模型对流通能力的附加限制。前VABI的通流计算方法对第一、二外涵道流量匹配特性的计算误差小于1%(与CFD结果相比),能够满足变循环压缩系统初始方案设计的需求。 展开更多
关键词 前VABI 通流计算 流线曲率法 变循环 一体化设计
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离心透平附属通流部件设计分析 被引量:6
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作者 谭鑫 李会 +1 位作者 宋艳苹 黄典贵 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期767-775,共9页
离心透平的通流部件主要包括:进气道、静叶栅、动叶栅、无叶扩压器、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的附属通流部件的子午面进行设计。进气道子午面设计采用等截面法,保证级前进气均匀、轴向对称;无叶扩压器采用与叶栅等高的平行侧... 离心透平的通流部件主要包括:进气道、静叶栅、动叶栅、无叶扩压器、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的附属通流部件的子午面进行设计。进气道子午面设计采用等截面法,保证级前进气均匀、轴向对称;无叶扩压器采用与叶栅等高的平行侧壁形式,最佳出口直径根据整机效率最优的原则得到;出气道子午面采用与叶栅等高的圆弧扩压弯管设计。结果表明,该方法设计附属通流部件简单易行,特别适合工程应用,以某一离心透平为例,数值模拟得到的级效率为88.51%,整机效率为90.34%,轮周功为478.9 kW,性能达到预期。 展开更多
关键词 离心透平 附属通流部件 数值模拟 等截面法
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基于通流方法的某涡喷发动机整机数值仿真 被引量:5
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作者 刘晓恒 周成华 +2 位作者 宋满祥 金东海 桂幸民 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期80-90,共11页
采用轴对称方法对带有黏性力的三维Euler方程组进行降维,利用时间推进方法求解,得到适用于航空发动机整机计算的准三维数值仿真软件,并对某涡喷发动机整机进行设计点和非设计点数值模拟。首先,对地面静止状态节流特性进行研究,将计算结... 采用轴对称方法对带有黏性力的三维Euler方程组进行降维,利用时间推进方法求解,得到适用于航空发动机整机计算的准三维数值仿真软件,并对某涡喷发动机整机进行设计点和非设计点数值模拟。首先,对地面静止状态节流特性进行研究,将计算结果与试验数据对比可知:推力的最大相对误差为-5.1%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+4.8%,相对转速为95%时,单位燃油消耗率最低;其次,获取了飞行马赫数为0.7工况下的高度特性以及飞行高度为3km工况下的速度特性,将计算结果与设计参数对比可知:对于高度特性,推力的最大相对误差为-4.61%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+5%,对于速度特性,推力的最大相对误差为-5.83%,单位燃油消耗率的最大相对误差为+5.92%;再次,分别对压气机/涡轮进行部件模拟,预测了发动机的共同工作线;最后,对发动机设计工况下的流场以及气动参数的展向分布进行了分析。 展开更多
关键词 叶轮机械 整机仿真 涡喷发动机 通流方法 地面节流特性 高度/速度特性
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叶轮机通流模型周向脉动应力项建模及分析 被引量:3
9
作者 唐明智 金东海 +1 位作者 郭昕 桂幸民 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1935-1944,共10页
为了模化周向平均通流模型中的周向脉动应力项,一种基于势流分析的代数方法被提出,并被整合到通流模型中。通过对具有不同弯角、不同迎角以及不同来流马赫数的叶栅开展三维数值模拟和通流计算,分析结果表明:主要由无黏叶片力所诱发的周... 为了模化周向平均通流模型中的周向脉动应力项,一种基于势流分析的代数方法被提出,并被整合到通流模型中。通过对具有不同弯角、不同迎角以及不同来流马赫数的叶栅开展三维数值模拟和通流计算,分析结果表明:主要由无黏叶片力所诱发的周向不均匀性会重新组织叶片通道的进口流场,进而改变迎角。并且,随着负荷或马赫数的提高,这种周向不均匀性将加强,其对流动的影响也会进一步提升。加入该代数模型后,通流模型能够很好地实现对周向不均匀性的预测,周向脉动源项在前缘前与三维结果的偏差在5%以内,对叶片通道进口气流角改变量的预测精度提高了50%以上。 展开更多
关键词 叶轮机械 通流模型 周向平均方法 周向不均匀性 代数模型
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高温透平气热耦合通流设计与分析
10
作者 巴威 李海波 顾春伟 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期969-974,共6页
透平冷却技术的广泛应用带来了冷却透平中主流流动和传热过程的复杂耦合问题。传统透平设计过程中,通常将气动设计与冷却设计分开进行,因而难以充分考虑二者之间的相互影响。本文在某高温轴流透平的初步设计中采用了一种气热耦合的通流... 透平冷却技术的广泛应用带来了冷却透平中主流流动和传热过程的复杂耦合问题。传统透平设计过程中,通常将气动设计与冷却设计分开进行,因而难以充分考虑二者之间的相互影响。本文在某高温轴流透平的初步设计中采用了一种气热耦合的通流设计方法,该方法在传统通流计算的基础上引入了冷却计算模型,并以通流计算得到的主流流场参数作为传热计算的边界条件,由此求得透平所需冷气量及主流流场参数。本文采用ANSYS CFX对设计透平进行了性能分析,结果表明该气热耦合通流设计方法可以在透平初步设计阶段提供较大的借鉴意义。 展开更多
关键词 气热耦合 通流方法 冷却模型 数值计算
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卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的相互作用 被引量:7
11
作者 李淑江 徐腾飞 +4 位作者 孙俊川 杨丽娜 滕飞 王冠琳 王永刚 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期197-209,共13页
卡里马塔海峡贯穿流将中国南海的低盐水输运到爪哇海,与印度尼西亚贯穿流(印尼贯穿流)携带的西太平洋高盐水在印度尼西亚海(印尼海)交汇,二者通过混合、浮力强迫等过程相互作用。这改变了印度尼西亚海的水体热盐性质,影响局地海气交换... 卡里马塔海峡贯穿流将中国南海的低盐水输运到爪哇海,与印度尼西亚贯穿流(印尼贯穿流)携带的西太平洋高盐水在印度尼西亚海(印尼海)交汇,二者通过混合、浮力强迫等过程相互作用。这改变了印度尼西亚海的水体热盐性质,影响局地海气交换和热带太平洋-印度洋之间的热盐交换。依据卡里马塔海峡、龙目海峡和望加锡海峡的实测表层海流数据,采用被动示踪法和数值模拟诊断实验,分析并研究了2支海流在季节尺度上的相关关系及其相互作用。观测结果表明,卡里马塔海峡贯穿流与印尼贯穿流的表层流季节变化存在负相关,且超前1个月达到相关系数最大值,其中印尼贯穿流下游的龙目海峡表层流与卡里马塔海峡贯穿流关系更密切。被动示踪结果显示,卡里马塔海峡释放的示踪粒子主要向南流入爪哇海,然后经巽他海峡、龙目海峡及班达海方向流出,但很难进入到望加锡海峡北部;望加锡海峡释放的表层示踪粒子主要经龙目海峡和班达海流入印度洋,但无法进入到爪哇海及卡里马塔海峡。数值诊断实验结果表明,卡里马塔海峡贯穿流在冬季阻挡了印尼贯穿流表层海水的南下,从而使其表层流产生明显的季节变化;而望加锡海峡贯穿流对卡里马塔海峡贯穿流的影响较小。在季节尺度上,卡里马塔海峡贯穿流对印尼贯穿流尤其是表层流,有着重要影响,但印尼贯穿流对卡里马塔海峡贯穿流的影响较小。 展开更多
关键词 卡里马塔海峡贯穿流 印尼贯穿流 被动示踪法 数值模拟
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基于流线曲率法的轴流及离心压气机通流特性预测 被引量:2
12
作者 任保亮 杨金广 刘艳 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1116-1125,共10页
本文基于准正交流线曲率法推导了适用于多级轴流压气机及离心压气机的压力梯度控制方程,并引入不同压气机经验模型,发展一种新型流线曲率法通流计算方法。基于预测方法,计算了亚/跨音速轴流压气机和带无叶/叶片扩压器离心压气机的通流特... 本文基于准正交流线曲率法推导了适用于多级轴流压气机及离心压气机的压力梯度控制方程,并引入不同压气机经验模型,发展一种新型流线曲率法通流计算方法。基于预测方法,计算了亚/跨音速轴流压气机和带无叶/叶片扩压器离心压气机的通流特性,并与实验或三维CFD模拟结果进行了对比.结果表明,本文发展的流线曲率法通流预测结果同实验或CFD结果吻合度较高,这验证了该方法的合理性及所采用经验模型的准确性,因而其能快速、有效地评估多级轴流压气机及离心压气机通流特性. 展开更多
关键词 流线曲率法 通流 多级轴流压气机 离心压气机 经验模型
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掠叶片进口流场中周向不均匀性的影响
13
作者 唐明智 金东海 +1 位作者 郭昕 桂幸民 《航空发动机》 北大核心 2018年第4期8-15,共8页
为模化并分析迎角改变时掠叶栅流场中周向不均匀性的影响,将1种应力输运模型整合到通流模型中,并应用于某掠叶栅的计算。通过给定掠叶栅不同来流迎角开展3D数值模拟和通流计算,结果表明:主要由无黏叶片力所诱发的周向不均匀性会重新组... 为模化并分析迎角改变时掠叶栅流场中周向不均匀性的影响,将1种应力输运模型整合到通流模型中,并应用于某掠叶栅的计算。通过给定掠叶栅不同来流迎角开展3D数值模拟和通流计算,结果表明:主要由无黏叶片力所诱发的周向不均匀性会重新组织叶片通道的进口流场,改变进口气流角,从而引发掠叶栅进口径向平衡的重新分布,随着迎角的提高,这种周向不均匀性将加强,其对进口流动的影响也会进一步增大。加入该应力输运模型后,通流模型能够很好地预测周向脉动源项,在前缘前其计算值与3D计算结果的偏差在20%以内,对叶片通道进口气流角改变量的预测精度提高了25%以上,对进口流动径向平衡的描述精度提高了60%以上。 展开更多
关键词 掠叶片 通流模型 周向平均方法 周向不均匀性 应力输运模型
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