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基于SODIX方法的叶片前缘噪声指向性及降噪实验研究
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作者 连健欣 陈伟杰 +3 位作者 乔渭阳 杜军 刘元是 刘斌 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期67-78,共12页
以NACA 65(12)–10独立基准叶片为对象,使用线性传声器阵列和SODIX(SOurce DIrectivity modeling in the cross-spectral matriX)方法对基准叶片前缘噪声指向性分布特征及波浪前缘对叶片前缘噪声的影响进行了实验研究。开发了SODIX数据... 以NACA 65(12)–10独立基准叶片为对象,使用线性传声器阵列和SODIX(SOurce DIrectivity modeling in the cross-spectral matriX)方法对基准叶片前缘噪声指向性分布特征及波浪前缘对叶片前缘噪声的影响进行了实验研究。开发了SODIX数据处理程序并进行了数值仿真验证,结果表明:不同指向角下计算结果的最大误差不超过0.26 dB。在半消声室内,利用由31个传声器组成的非均匀分布优化阵列,对NACA 65(12)–10独立基准叶片和仿生学叶片的前缘噪声开展了参数化声学实验。结果表明:在40°~142°指向角测量范围内,基准叶片前缘噪声指向性符合典型偶极子声源特征,峰值在130°指向角附近;随着频率升高,基准叶片前缘噪声指向性产生了显著的“波瓣”现象,频率越高,“波瓣”越多。进一步研究表明:不同波长和幅值的前缘构型都可以有效降低指向角测量范围内的前缘噪声;与波浪前缘的波长相比,波浪前缘的幅值对前缘噪声的影响更为显著,特别是在90°~120°指向角范围内,A30W20叶型的降噪量可达7.71 dB。 展开更多
关键词 叶片 气动噪声 指向性 前缘噪声 传声器阵列 互谱矩阵 SODIX 降噪
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倾斜/弯曲导叶对跨声速涡轮非定常性能的影响 被引量:2
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作者 刘建 乔渭阳 段文华 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期94-101,共8页
为探究倾斜/弯曲导叶对涡轮气动性能及非定常性的影响,采用SAS SST方法求解N-S方程组,对不同倾斜/弯曲导叶构型的跨声速涡轮级进行全三维黏性非定常数值模拟.分析倾斜/弯曲导叶对涡轮级效率及效率波动的影响,以及对导叶和下游动叶总扰... 为探究倾斜/弯曲导叶对涡轮气动性能及非定常性的影响,采用SAS SST方法求解N-S方程组,对不同倾斜/弯曲导叶构型的跨声速涡轮级进行全三维黏性非定常数值模拟.分析倾斜/弯曲导叶对涡轮级效率及效率波动的影响,以及对导叶和下游动叶总扰动强度、各阶谐频扰动强度的影响,结合时空图将扰动与流动现象进行关联,探究导叶构型影响涡轮非定常性的机理.结果表明:正倾斜和正弯曲导叶可以有效地提升涡轮级效率,并减小涡轮级效率波动水平,使得涡轮级运行更加平稳;跨声速涡轮转子叶片上主要气动扰动来源于导叶尾缘激波在下游转子叶片上移动及反射产生的压力扰动,倾斜/弯曲导叶可以有效降低转子叶片扰动强度;正倾斜导叶主要通过影响一阶谐频的扰动强度来降低转子叶根和叶尖的总扰动强度,但叶中区域扰动强度则通过降低二阶及更高阶谐频上的扰动实现;正弯曲导叶转子叶根位置的扰动强度降低主要通过三阶谐频扰动强度降低实现,叶尖区域扰动强度的降低主要通过一阶谐频扰动降低来实现,而叶中区域的扰动强度则通过各阶谐频上扰动强度共同降低实现. 展开更多
关键词 跨声速涡轮 倾斜导叶 弯曲导叶 气动性能 非定常性 数值模拟
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转子叶尖间隙对风扇气动特性及单音噪声特性影响的数值计算 被引量:3
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作者 王良锋 杨野 +1 位作者 乔渭阳 杨党国 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期1047-1055,I0001,共10页
由于叶尖间隙会降低叶轮机的工作效率,并且会增大噪声辐射强度,因此在叶轮机设计和运行过程中需要特别关注这一设计参数的具体影响。基于叶轮机单音噪声流场/声场混合预测模型,研究了不同转子叶尖间隙对单级轴流风扇气动性能和单音噪声... 由于叶尖间隙会降低叶轮机的工作效率,并且会增大噪声辐射强度,因此在叶轮机设计和运行过程中需要特别关注这一设计参数的具体影响。基于叶轮机单音噪声流场/声场混合预测模型,研究了不同转子叶尖间隙对单级轴流风扇气动性能和单音噪声强度的影响规律。研究发现,转子出口尾迹宽度和尾迹强度都随转子叶尖间隙的增大而增大,但是尾迹相位分布几乎没有改变,因此当尾迹与下游静子叶片干涉时,主要影响静子叶片表面的非定常载荷强度,而不会影响其主要的相位分布;2.5 mm的叶尖间隙(0.94%叶片高度)使得风扇流量减小了约2%,风扇效率下降了约1%,向前传播的1倍叶片通过频率(Blade Passing Frequency,BPF)单音噪声声功率级增大了1.5 dB,向后传播的1BPF单音噪声声功率级增大了0.7 dB;叶尖间隙变化对2BPF和3BPF对应的单音噪声强度影响都小于1 dB。 展开更多
关键词 单音噪声 混合模型 轴流风扇 叶尖间隙 周向模态 径向模态
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林分结构变化对杉木人工林土壤水分影响的模拟
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作者 乔卫阳 成向荣 虞木奎 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期53-58,共6页
为了分析林分结构调控影响林地土壤水文动态过程,以浙西钱江源上游地区开化县林场城关分场施业区为研究对象,应用2010—2014年杉木纯林实测土壤水分数据对基于物理基础的一维水热耦合(SHAW)模型进行参数测定和验证,并分析杉木复层异龄... 为了分析林分结构调控影响林地土壤水文动态过程,以浙西钱江源上游地区开化县林场城关分场施业区为研究对象,应用2010—2014年杉木纯林实测土壤水分数据对基于物理基础的一维水热耦合(SHAW)模型进行参数测定和验证,并分析杉木复层异龄林土壤水分变化和水量平衡特征。结果表明:杉木纯林土壤水分模拟值略高于实测值,两者的均方根误差、平均偏差和相对平均绝对误差分别为0.041、0.009和15.4%,模型总体上模拟精度较高。杉木复层异龄林比纯林年均土壤储水量(0~60 cm)增加9.4 mm,年均蒸散量增加36.4 mm,土壤水分深层渗漏量减少115.6 mm;纯林和复层林土壤水分的年变化量与地表径流量差异较小,分别为0.7、0.2 mm。因此,构建杉木复层异龄林可以增加土壤水库容量,更好地发挥森林水源涵养功能。 展开更多
关键词 林分结构 杉木 土壤水分 复层异龄林
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气流管道内多模态远场辐射特性研究
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作者 许坤波 刘存粮 +2 位作者 仝帆 乔渭阳 高成冲 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2022年第6期6-11,共6页
引入了无量纲多模态指向性函数,针对半无限长、存在均匀亚声速流动的硬壁圆形管道内的多模态噪声辐射特性进行数值和实验研究。将模态的指向性函数表示为远场声压平方与声功率的比值,其值依赖于各个导通模态的幅值和方向函数。数值研究... 引入了无量纲多模态指向性函数,针对半无限长、存在均匀亚声速流动的硬壁圆形管道内的多模态噪声辐射特性进行数值和实验研究。将模态的指向性函数表示为远场声压平方与声功率的比值,其值依赖于各个导通模态的幅值和方向函数。数值研究中包含3种声源分布模型:均匀分布的不相干单极子、均匀分布的不相干偶极子以及模态等能量模型。数值研究表明每个模态的幅值可以表示为模态导通比的函数。对均匀流下的多模态指向性函数的精确数值解和解析解进行对比,并在高频处进行验证研究,结果表明在高频处数值解和解析解相当符合。模态指向性函数随着气流马赫数增大而增大,轴流风扇噪声辐射结果在高频处与根据模态等能量模型计算出的远噪声指向性最相符,精度最高。数值和实验结果表明模态等能量声源模型可以用于预测风扇在高频处的远场辐射噪声。 展开更多
关键词 声学 模态 指向性 远场辐射噪声 风扇噪声
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Effects of Freestream Turbulence,Reynolds Number and Mach Number on the Boundary Layer in a Low Pressure Turbine
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作者 DUAN Wenhua qiao weiyang +1 位作者 CHEN Weijie ZHAO Xinyu 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期1393-1406,共14页
In order to investigate the aerodynamics of a high speed low pressure turbine works in high Mach number and low Reynold number environment,the effect of freestream turbulence(FST)on the boundary layer development on t... In order to investigate the aerodynamics of a high speed low pressure turbine works in high Mach number and low Reynold number environment,the effect of freestream turbulence(FST)on the boundary layer development on the high speed low pressure turbine under different Reynolds numbers(Re)is numerically investigated.Large eddy simulation is adopted here with a subgrid scale model of Wall Adapting Local Eddy viscosity(WALE).Cases with Re ranging from 100000 to 400000 under an exit Mach number(Ma)of 0.87 have been considered at low and high FST levels.A low Ma case(0.17)under very low Re has also been studied under both low and high FST.It is found that higher Re or FST level leads to earlier transition.Re has a greater effect than FST on the development of boundary layer.The effect of FST on the boundary layer depends on the Re.The boundary layer development shows totally different behaviors under different Ma.A separation bubble could be formed under low Ma while no attachment could be detected under high Ma.The FST has a stronger effect on the separated boundary layer under low Ma,which could eliminate the separation in the present study.For all the cases under low FST,the Kelvin-Helmholtz instability is the dominate mechanism in the transition process.For the low Ma case with high FST,the streamwise streaks play a dominant role in the transition process.For the high Ma cases with high FST,both the streamwise streaks and Kelvin-Helmholtz instability work in the transition process.The streamwise streaks play a more important role when the Re increased. 展开更多
关键词 freestream turbulence Reynolds number Mach number low pressure turbine boundary layer
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涡轮转子叶尖泄漏涡涡核稳定性及控制 被引量:7
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作者 魏佐君 段文华 +2 位作者 乔渭阳 刘建 韩品连 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2139-2149,共11页
以GE-E3第一级涡轮转子为研究对象,对转子叶尖泄漏涡涡核破碎特征和稳定性机理进行了分析和归纳。研究表明:叶尖泄漏涡涡核破碎的动力是离心不稳定性;发生失稳后,涡核区域迅速膨胀,形成低速的回流区;涡核的稳定性取决于螺旋因子和逆压... 以GE-E3第一级涡轮转子为研究对象,对转子叶尖泄漏涡涡核破碎特征和稳定性机理进行了分析和归纳。研究表明:叶尖泄漏涡涡核破碎的动力是离心不稳定性;发生失稳后,涡核区域迅速膨胀,形成低速的回流区;涡核的稳定性取决于螺旋因子和逆压梯度两个因素。然后,从涡核稳定性的角度开展了叶尖泄漏损失控制的研究,计算表明:叶尖叶型的负荷前移能够减少叶片尾缘附近间隙内的横向压力梯度;吸力面喉部位置以后型线拉直能够减少喉道后的扩压系数;通过这两个措施生成的新叶片能够有效地减弱叶尖泄漏涡,抑制涡核的不稳定性,减少叶尖泄漏流损失。 展开更多
关键词 涡轮 叶尖泄漏涡 涡核稳定性 涡核破碎 稳定性控制 气动损失
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刮削作用对涡轮转子机匣通道涡形成的影响 被引量:2
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作者 魏佐君 乔渭阳 +1 位作者 段文华 刘建 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1695-1704,共10页
采用数值方法求解耦合剪切应力输运(SST)湍流模型的雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了不同间隙尺寸下GE-E3高压涡轮第一级转子内刮削作用对机匣通道涡形成和发展的影响。通过与轮毂通道涡结构的对比,发现机匣通道涡层次结构与经典二... 采用数值方法求解耦合剪切应力输运(SST)湍流模型的雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了不同间隙尺寸下GE-E3高压涡轮第一级转子内刮削作用对机匣通道涡形成和发展的影响。通过与轮毂通道涡结构的对比,发现机匣通道涡层次结构与经典二次流理论存在明显的差异,并对该差异形成的原因进行了深入探索。结果表明:叶顶对机匣边界层的刮削作用在机匣通道涡的形成过程中占主导作用,刮削作用使得流向叶片吸力面的来流机匣边界层在交汇点区域从内层向外层卷起,形成层次结构相反的机匣通道涡;叶顶浸入比值是影响转子机匣通道涡形成的重要参数,随着比值的增大,机匣通道涡损失先增大后减小;只有在间隙尺寸较大情况下,叶尖间隙的"抽吸作用"才能抑制机匣通道涡的发展。 展开更多
关键词 涡轮转子 机匣通道涡 刮削作用 二次流 叶尖间隙尺寸
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Effect of Bowed/Leaned Vane on the Unsteady Aerodynamic Excitation in Transonic Turbine 被引量:2
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作者 LIU Jian qiao weiyang DUAN Wenhua 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期133-144,共12页
To investigate the effect of bowed/leaned vane configurations on the aerodynamic performance and aerodynamic excitation in transonic high-pressure turbine, the full three-dimensional viscous unsteady numerical simulat... To investigate the effect of bowed/leaned vane configurations on the aerodynamic performance and aerodynamic excitation in transonic high-pressure turbine, the full three-dimensional viscous unsteady numerical simulation was performed by solving N-S equations based on SAS SST method.The influence of bowed/leaned vanes on turbine efficiency and efficiency fluctuation was investigated. The action of vane modelling to the overall aerodynamic fluctuation level and the amplitude of each vane passing frequency were analyzed. By comparing instantaneous pressure fluctuation contours in the blade passage with space-time maps, the link of the pressure fluctuation on blade surface with flow distortions was achieved, which can reveal the mechanism of the impact of the vane modelling. As the results suggest, the turbine efficiency is promoted with positively leaned and bowed vane modelling, and the fluctuation of stage turbine efficiency is repressed, which contributes to the smooth running of the turbine stage. The blade aerodynamic excitation on the rotor blade is characterized by the motion of vane trailing edge shock system, and the vane configurations can reduce the fluctuation level on the rotor blade surface effectively. For the positively leaned vane configuration, the aerodynamic excitations at the root and tip region are affected by the impact of the amplitude of the first harmonic, whereas they are reduced with the decrease of the amplitude of the second and higher harmonics at midspan. For the positively bowed vane, aerodynamic excitation is repressed by reducing the amplitude of the third harmonic at the root region, and the first harmonic at the tip region, and the amplitude of each harmonic is reduced at the middle region. 展开更多
关键词 TRANSONIC TURBINE leaned bowed aerodynamic performance aerodynamic EXCITATION NUMERICAL simulation
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Tip-leakage flow loss reduction in a two-stage turbine using axisymmetric-casing contouring 被引量:9
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作者 Wei Zuojun qiao weiyang +2 位作者 Shi Peijie Chen Pingping Zhao Lei 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第5期1111-1121,共11页
In order to reduce the losses caused by tip-leakage flow, axisymmetric contouring is applied to the casing of a two-stage unshrouded high pressure turbine(HPT) of aero-engine in this paper. This investigation focuse... In order to reduce the losses caused by tip-leakage flow, axisymmetric contouring is applied to the casing of a two-stage unshrouded high pressure turbine(HPT) of aero-engine in this paper. This investigation focuses on the effects of contoured axisymmetric-casing on the blade tipleakage flow. While the size of tip clearance remains the same as the original design, the rotor casing and the blade tip are obtained with the same contoured arc shape. Numerical calculation results show that a promotion of 0.14% to the overall efficiency is achieved. Detailed analysis indicates that it reduces the entropy generation rate caused by the complex vortex structure in the rotor tip region, especially in the tip-leakage vortex. The low velocity region in the leading edge(LE) part of the tip gap is enlarged and the pressure side/tip junction separation bubble extends much further away from the leading edge in the clearance. So the blocking effect of pressure side/tip junction separation bubble on clearance flow prevents more flow on the tip pressure side from leaking to the suction side, which results in weaker leakage vortex and less associated losses. 展开更多
关键词 Axisymmetric-casing contouring Leakage Leakage flow Loss reduction Tip clearance Turbines
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