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2001年  第16卷  第3期

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研究论文
有关对转涡轮基本设计与应用的进一步思考
蔡睿贤
2001, 16(3): 193-198.
摘要 PDF(961KB) icon1367 icon497
摘要:
根据本文作者以前发表的对转涡轮全面基础分析,进一步提出了几点以前尚少注意的气动热力设计问题:基于高、低压轴压气机(含风扇)各自需要的负荷与转速、压比匹配的实用可能,来选择基元级与叶栅,提出比较适合对转涡轮使用的发动机系统;以及特大折转角叶栅与基本切向特小折转角叶栅的需要可能性与设计等。综合发动机系统与叶轮机械气动设计的要求而对这些问题进行的考虑,会有助于发展即将实用的对转涡轮。
涡轮矩形叶栅中的旋涡模型的进展回顾
周逊, 韩万金
2001, 16(3): 199-204,198.
摘要 PDF(861KB) icon1579 icon543
摘要:
介绍了自1955年以来,在涡轮矩形叶栅流动研究中出现的6个有价值的旋涡模型,论述了它们形成的机理,以期通过对涡轮矩形叶栅旋涡模型发展状况的回顾,来说明气动力学领域中发展起来的涡控制技术的实质是设法组织或重新组织涡结构。认为未来涡轮叶栅设计的改进,在很大程度上取决于这一技术的潜在应用。
多级压气机中可控扩散叶型研究的进展与展望 第一部分 可控扩散叶型的设计与发展
钟兢军, 王会社, 王仲奇
2001, 16(3): 205-211.
摘要 PDF(961KB) icon1797 icon471
摘要:
可控扩散叶型(CDA)的优化设计是目前国外对亚音、跨音速压气机叶型研究的主要内容之一。本文对CDA研究的必要性、CDA产生的背景、第一代CDA和考虑端部流动的第二代CDA的特点及设计方法进行了综述。CDA起源于超临界机翼翼型,通过控制吸力面的扩压过程,消除或减弱激波、降低损失、增加可用冲角范围。围绕这一设计准则和目标,提出了很多设计方法,归纳起来主要有反问题设计方法和正问题设计方法。国内对CDA的研究起步较晚,且大都集中在理论和设计方法的研究上。
脉冲爆震发动机的研究与发展
严传俊, 何立明, 范玮, 雷恒仁, 黄希桥, 张群
2001, 16(3): 212-217.
摘要 PDF(1046KB) icon1779 icon612
摘要:
本文论述了脉冲爆震发动机的工作原理,主要特点,应用前景以及国外发展趋势。汇报了本研究小组在脉冲爆震发动机方面所进行的理论,试验,数值分析研究成果。对21世纪脉冲爆震发动机的研究内容,关键技术,发展途径进行了探讨。
干摩擦阻尼块在叶片减振方面的应用与发展
单颖春, 郝燕平, 朱梓根, 晏砺堂
2001, 16(3): 218-223.
摘要 PDF(838KB) icon1782 icon582
摘要:
利用干摩擦对叶片进行减振是一种简单而有效的方法。在叶片缘板下加摩擦阻尼块是一种应用广泛的减振方式,近二十多年来,许多研究人员在这一领域做了大量的理论、实验研究,应用多种非线性分析方法求解带阻尼块叶片的响应特点,为阻尼块的最优设计提供了一定的理论依据。本文将从结构模型简化、非线性分析方法、阻尼块优化设计等几个方面加以综述以介绍该领域目前的发展状况,试图阐述常用的各种模型及分析方法的优缺点,并提出该领域内值得进一步研究的几个问题。
非结构网格下含冷却孔的涡轮转子三维流场计算
王保国, 李荣先, 马智明, 骆晓勇
2001, 16(3): 224-231.
摘要 PDF(1135KB) icon1381 icon456
摘要:
在转动坐标系里,讨论非结构网格下,含多排冷却孔的涡轮转子三维流场雷诺平均Navier-Stokes方程组的求解。计算表明:含冷却孔的转子流场计算要比静子流场复杂的多。为了得到较为满意的流场数值解,本文对叶片压力面与吸力面采用了不同的湍流模式、并且还对流场迭代中初始场选取方式以及转子叶尖间隙计算站的设置等问题进行了一系列的改进。几个典型流场算例表明:初始场选取、湍流模式的合理选用对转动坐标系下获得一个收敛的三维流场数值解至关重要;另外,转子叶尖间隙站的设置直接影响着间隙附近的流场,尤其对现代高负荷涡轮转子,间隙流动的研究就更为重要。
非结构网格生成方法的改进及气膜冷却三维静子流场的求解
王保国, 李荣先, 马智明, 葛兆生
2001, 16(3): 232-237.
摘要 PDF(363KB) icon1522 icon439
摘要:
讨论五面体网格下,涡轮静子叶片含多排冷却孔时三维粘性流场雷诺平均Navier-Stokes方程组的数值求解问题。考虑到叶片含多排冷却孔的工程背景,本文发展了生成五面体非结构网格的快速有效方法即仅在一个拟S1面上生成非结构网格,而沿叶高方向仍采用结构网格的生成办法。文中还采用了新的网格优化措施以改善生成网格的质量。流场的计算采用了非结构网格下的高分辨率迎风格式。几个典型算例表明:本文发展的网格生成方法快速有效,而且网格生成质量较高;发展的计算格式能够获得较为满意的三维流场数值解,并具有较高的激波分辨率。
旋转盘换热研究准则系统的确定
蔡毅, 徐国强, 丁水汀, 陶智
2001, 16(3): 238-241.
摘要 PDF(631KB) icon1272 icon484
摘要:
通过引入特征温差qrR/λD,对控制转静系旋转盘腔内流动与换热的微分方程组进行了无量纲化,得到了研究转静系旋转盘腔内换热研究的准则系统。确定了涡轮盘冷却研究的主要研究内容和影响因素:除盘面对流换热的努赛尔特数外,还应包括反映涡轮盘总体温度水平的无量纲过余体平均温度和反映转盘径向热应力大小的无量纲径向温差,借助于涡轮叶片冷却效果的概念,给出了涡轮盘冷却效果的表达式。
进口热斑对涡轮级影响的非定常数值模拟
董素艳, 刘松龄, 朱惠人
2001, 16(3): 242-248.
摘要 PDF(914KB) icon1647 icon527
摘要:
通过求解二维N-S方程对涡轮级进口有温度畸变时的流场和温度场进行了非定常数值模拟。由于叶排间的相互运动,使叶片表面压力和叶栅通道内的流场呈周期性地变化;当涡轮进口有热斑时,热斑中的气流总温要高于周围气流温度,在通过涡轮级时,热斑中的高温气流会向转子压力面上迁移,导致转子压力面上产生热点。热斑的存在对涡轮级中的压力分布影响很小,但是严重影响温度场的分布。同时进口热斑相对导叶的位置对叶片表面温度的分布也有很大影响。
涡轮叶栅前缘上游端壁气膜冷却的传热实验研究
刘高文, 刘松龄, 朱惠人, Lapworth B L, Forest A E
2001, 16(3): 249-255.
摘要 PDF(1096KB) icon1478 icon570
摘要:
对前缘上游有单排和双排孔冷却的涡轮导向叶栅端壁进行了详细的传热实验,在吹风比1,2,3下获得了当地气膜冷却效率和换热系数,结合流场测量结果分析了端壁冷却和换热规律。结果表明端壁气膜冷却在很大程度上受二次流的影响,冷却效果主要由吹风比决定,低吹风比喷射时,压力面附近的一个三角形区域没有冷气的覆盖,中、高吹风比喷射可以大幅度提高平均冷却效率并使冷气很均匀的覆盖在端壁上,双排孔喷射比单排孔喷射平均效率提高1倍左右。结果还表明尽管冷气喷射使端壁换热系数随吹风比的增大而显著增大,气膜冷却还是能有效的降低端壁的热负荷,其中以中吹风比双排孔喷射的效果最为显著。
压气机通道端壁附面层区叶片载荷分布研究
周正贵, 吴国钏, 马若龙
2001, 16(3): 256-261.
摘要 PDF(794KB) icon1561 icon501
摘要:
为了探索叶片载荷分布对端壁附面层区流动的影响,设计出3套平面叶栅,叶片载荷分别趋前、居中和靠后。对于低速流动,采用实验和三维Navier-Stkoes方程方法对叶片表面、叶栅出口流场进行了研究。研究表明:叶片载荷靠后叶片(No.3)性能较叶片载荷趋前(No.1)和居中(No.2)叶片差;No.2叶片与No.1叶片比较,出口损失小,但落后角较大,扩压能力较小;在进口端壁附面层一定时,叶片前缘附近的端壁附面层区叶片力亏损变化与叶片力变化呈正相关;端壁面与叶片吸力面之间构成的角区内角涡,没有造成靠近后缘端壁附面层区吸力面静压明显下降。
解决湍流圆/平射流异常现象的数值研究
李维冰, 高歌
2001, 16(3): 262-266.
摘要 PDF(298KB) icon2944 icon430
摘要:
圆射流/平面射流异常现象是湍流研究领域的一个著名的难题,是验证湍流微分方程模型的试金石。本文用GAO-YONG不可压湍流控制方程对圆射流进行了数值验证,成功地解决了该难题,进一步证明了该方程对真实湍流的适定性和通用性。
两相湍流的非线性k-ε-kp模型
古红霞, 周力行
2001, 16(3): 267-272.
摘要 PDF(839KB) icon1518 icon467
摘要:
由两相湍流的代数应力模型,提出一种两相湍流的非线性k-ε-kp模型,可以合理地模拟各向异性较强的旋流,浮力流等两相流动,具备二阶矩模型的优点,又比二阶矩模型简单。文中推导出气相、颗粒相的雷诺应力和两相脉动速度关联的非线性应力应变关系式。这些代数式和两相各自的湍动能k,kp以及两相脉动关联湍动能kpg的方程联立,就构成非线性k-ε-kp模型。本文将该模型用于模拟突扩湍流两相流动,给出两相时均速度场及雷诺应力各分量,并且将模拟结果和PDPA实验数据以及二阶矩模型的模拟结果对照。结果表明,该模型预报各向异性两相湍流的能力和二阶矩模型的能力接近,但是计算量比二阶矩模型的小得多。
基于次流喷射控制推力矢量喷管的实验及数值研究
乔渭阳, 蔡元虎
2001, 16(3): 273-278.
摘要 PDF(331KB) icon1673 icon473
摘要:
应用实验和数值模拟的方法,对一种新型的推力矢量喷管—基于次流喷射控制的二维推力矢量喷管的推力矢量性能和流场进行了研究。实验是在西北工业大学小型超高速吹气式风洞中进行,测量了在不同的二次喷流情况下,推力矢量和流场的变化规律;采用时间推进求解N-S方程的方法数值模拟了二维推力矢量喷管内流场和性能。研究结果表明,应用次流喷射控制主流流动可以实现较大的推力矢量转折,但是,二次喷流必须具有足够的压力值;如何从推力矢量工作方式恢复到轴向流动工作方式则是需要进一步研究的问题。
转子/静子干涉气动声学反问题研究
罗俊, 李晓东
2001, 16(3): 279-282.
摘要 PDF(759KB) icon1379 icon490
摘要:
探讨了通过测量空间有限点声压来反演静叶表面压力分布的转子/静子干涉气动声学反问题。具体从线化欧拉方程出发,将空间有限点的声压与静叶表面的非定常压力分布关联成第一类Fredholm积分方程的形式。鉴于问题的不适定,本文采用奇异值分解与Tikhonov正则化解法相结合的最小二乘方法进行求解,并采用离散Picard条件进行可解性分析,而最优正则化参数的选取则采用广义互校核方法。计算结果表明,在信噪比不是很低的情况下,反演是可行的。
非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响
闻洁, 赵桂林, 何龙德, 彭辉
2001, 16(3): 283-286.
摘要 PDF(287KB) icon1120 icon448
摘要:
在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及非光滑叶片叶栅进行了实验研究,在叶栅出口进行了详细的测量,通过测量结果的对比分析,探讨非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响。实验结果表明,与光滑叶片相比,非光滑叶片对叶栅出口流向涡系中,通道涡在节距方向上移向叶栅通道中心处,强度几乎不变,尾缘涡发生展向扩展并分裂,强度明显减弱。
轴流式轮盘破裂转速的数值计算方法
古爱军, 张学仁, 王屏, 刘思永
2001, 16(3): 287-290.
摘要 PDF(695KB) icon1729 icon463
摘要:
对3种轴流式轮盘在常温和高温下进行了非线性有限元计算,提出了一种应用有限元法计算轮盘破裂转速的破裂准则,得出了3种轮盘的破裂转速;并将计算结果与大变形解析法及试验值作了对比分析。
随机噪声载荷作用下薄壳结构的随机振动实验研究
曹茂国, 李琳
2001, 16(3): 291-294.
摘要 PDF(243KB) icon1686 icon495
摘要:
为研究薄壁壳结构在随机噪声激励下的随机振动响应特征,本文设计了一套针对薄壁壳在内部随机噪声作用下的振动问题进行研究的实验方案,同时对噪声载荷和薄壳振动加速度响应进行测量,并对实验结果进行初步的定性分析,了解噪声载荷在频率域上的分布特征和薄壁壳在内部随机噪声作用下的振动响应特征,获得在噪声激励的频率范围内能激起薄壳该频率范围内所有模态共振等结论,为薄壳结构在内部噪声作用下随机振动响应的计算方法的研究提供依据。
航空发动机多变量鲁棒数字控制器的设计
王曦, 孟庆明
2001, 16(3): 295-299,304.
摘要 PDF(853KB) icon1274 icon459
摘要:
提出了一种设计发动机多变量鲁棒数字控制器的方法,即在划分的飞行包线内,控制结构采用前馈加反馈的方法,对结构不确定性和非结构不确定性进行μ结构化处理,化为H∞控制问题求解,这一方法在发动机非线形气动热力模型上进行了仿真验证。
第四代发动机不加力超声巡航性能的研究
屠秋野, 唐狄毅
2001, 16(3): 300-304.
摘要 PDF(321KB) icon1429 icon452
摘要:
本文基于改善第四代发动机不加力超声巡航性能这一目标,提出了合理配置发动机地面设计点高压物理转速和节流比的设计思想,并结合冷超转和燃气储备利用技术进行性能寻优,大大提高了发动机的高空速度特性。

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