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Experimental and computational investigation on flow characteristics of rotating cavities with high inlet pre-swirl axial throughflow 被引量:1
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作者 Sipeng WANG Xiang LUO +4 位作者 Linji GUO Zeyu WU Yang BAI Zongchao LI Lichun MA 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期276-293,共18页
As an integral part of the internal air system of aero-engines,the axial throughflow of the cooling air can interact with the cavity flow between the rotating compressor disks,forming a threedimensional,unsteady,and u... As an integral part of the internal air system of aero-engines,the axial throughflow of the cooling air can interact with the cavity flow between the rotating compressor disks,forming a threedimensional,unsteady,and unstable flow field.The flow characteristics in an engine-like rotating multi-stage cavity with throughflow were investigated using particle image velocimetry,flow visualization technology and three-dimensional unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)simulations.The focus of current research was to understand the distribution of the mean swirl ratio and its variation with a wide range of non-dimensional parameters in the co-rotating cavity with high inlet pre-swirl axial throughflow.The maximum axial Reynolds number and rotational Reynolds numbers could reach 4.41×10^(4)and 1.24×10^(6),respectively.The velocity measurement results indicate that the mean swirl ratio is greater than 1 and decreases with an increase in the radial position.The flow structure is dominated by the Rossby number,and two different flow patterns (flow penetration and flow stratification) are identified and confirmed by flow visualization images.In the absence of buoyancy,the flow penetration caused by the precession of the throughflow makes it easier for the throughflow to reach a high radius region.Satisfactory consistency of results between measurements and numerical calculations is obtained.This study provides a theoretical basis and data support for toroidal vortex breakdown,which is of practical significance for the design of high-pressure compressor cavities. 展开更多
关键词 Compressor axial throughflow Rotating cavity flow Particle image velocimetry Unsteady RANS Flow pattern
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基于模态分解的轴向通流共转腔流场特性分析
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作者 王嗣鹏 王源鹤 +1 位作者 邬泽宇 罗翔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期67-78,共12页
为了深入理解高压压气机旋转盘腔内的流场特性,基于雷诺平均N-S方程对轴向通流共转盘腔进行非定常数值模拟。采用本征正交分解方法识别了流场的相干结构,并对比分析了不同浮升力参数、罗斯比数以及盘轴旋转比下模态空间结构和平均流场... 为了深入理解高压压气机旋转盘腔内的流场特性,基于雷诺平均N-S方程对轴向通流共转盘腔进行非定常数值模拟。采用本征正交分解方法识别了流场的相干结构,并对比分析了不同浮升力参数、罗斯比数以及盘轴旋转比下模态空间结构和平均流场的变化规律。结果表明,盘腔高半径处观察到一对非定常大尺度气旋/反转环流,借助本征正交分解方法能够有效提取其运动状态。低阶的旋进驱动模态主要反映了大尺度流动结构的旋进状态,对应盘腔内流场在整个径向范围的主频成分;高阶的谐振诱导模态则主要反映了腔内相干结构诱导的复杂涡系,对应主频的高阶倍频成分。气旋/反转环流结构的相干性随浮升力参数增加而增强(旋进驱动模态能量占比提高23.2%),随罗斯比数增加而减弱(相应能量占比降低12.3%)。盘轴反转会削弱低半径区域的环形涡,而对高半径区域流场影响较小。 展开更多
关键词 压气机 旋转盘腔 轴向通流 本征正交分解 非定常 浮升力 罗斯比数
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轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究 被引量:4
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作者 谭勤学 任静 蒋洪德 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1129-1131,共3页
本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究。数值计算结果表明:下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度。进一步... 本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究。数值计算结果表明:下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度。进一步计算结果表明,重力的影响大小与整体流态转速相对坐标系转速的比值密切相关,该相对转速越大影响越小,反之越大。 展开更多
关键词 旋转盘腔 浮升力 非定常流 轴向通流
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轴向通流旋转盘腔流动换热的数值研究 被引量:3
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作者 郭隽 李庆 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1790-1796,共7页
为了探究旋转盘腔内的流动和换热规律,对轴向通流旋转盘腔进行了非稳态数值模拟,将计算结果与实验数据进行了对比,探究了流动不稳定性的发展过程,分析了盘腔内流动结构和盘面换热特性随旋转雷诺数的变化规律。结果表明:旋转引起的正旋... 为了探究旋转盘腔内的流动和换热规律,对轴向通流旋转盘腔进行了非稳态数值模拟,将计算结果与实验数据进行了对比,探究了流动不稳定性的发展过程,分析了盘腔内流动结构和盘面换热特性随旋转雷诺数的变化规律。结果表明:旋转引起的正旋涡从盘罩附近开始发展,随转速的增大而变大,挤压低半径区域的强迫对流区,最终扩展到整个盘腔,盘腔中轴面的涡对数与流动不稳定性的强度有关。上游盘和下游盘的高半径区域换热强度随转速的增大而增强,下游盘低半径区域的换热强度在低转速下由于冲击作用而较强,但该冲击作用随转速的增大而减弱,低半径区域的换热强度也就随之减弱。当旋转雷诺数增大到4.94×105时,下游盘低半径区域受到的冲击作用减小到可以忽略。 展开更多
关键词 旋转盘腔 非稳态 轴向通流 流动不稳定性
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旋转盘腔轴向通流的压降和温升数值研究 被引量:3
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作者 高齐宏 张靖周 谭晓茗 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2062-2070,共9页
为获得旋转雷诺数对盘腔轴向通流温升和压降的影响,对轴向通流雷诺数Re_(x)恒定为1.0×10^(5),旋转雷诺数Re_(ω)=0~5.31×10^(6)、绝热边界下的流动进行了数值模拟,从流场特征、盘面绝热温升以及轴向通流压降和温升等三个方面... 为获得旋转雷诺数对盘腔轴向通流温升和压降的影响,对轴向通流雷诺数Re_(x)恒定为1.0×10^(5),旋转雷诺数Re_(ω)=0~5.31×10^(6)、绝热边界下的流动进行了数值模拟,从流场特征、盘面绝热温升以及轴向通流压降和温升等三个方面进行了分析。研究表明,旋转雷诺数对于盘腔内部和轴向通流的流动均具有显著影响;尽管是绝热盘面,但是由于高速旋转的黏性耗散作用引发盘腔内气流的温升,由温度差引起的浮升力对于盘腔内流动和盘面温度分布的影响也是不可忽略的;随旋转雷诺数增大,轴向通流出口温度相对进口温度的温升急剧增大,在旋转雷诺数<2.5×10^(6)时,轴向通流相对温升系数在0.01以内,当旋转雷诺数>4.5×10^(6)时,轴向通流相对温升系数达到0.04以上。 展开更多
关键词 轴向通流 旋转盘腔 压降 温升 数值模拟
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带轴向通流旋转管内部肋结构的流动传热特性数值研究 被引量:1
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作者 王宇婕 孙文静 +1 位作者 高齐宏 张靖周 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2023年第5期522-533,共12页
采用数值模拟方法,在轴向通流雷诺数Rex为6400、旋转雷诺数Reω变化范围为0~3.77×10^(4)的条件下,对带轴向通流旋转管内部肋结构的流动传热特性进行了研究,着重研究了3种肋型结构,包括沿轴向布置的环形横肋、离散环肋和沿周向布置... 采用数值模拟方法,在轴向通流雷诺数Rex为6400、旋转雷诺数Reω变化范围为0~3.77×10^(4)的条件下,对带轴向通流旋转管内部肋结构的流动传热特性进行了研究,着重研究了3种肋型结构,包括沿轴向布置的环形横肋、离散环肋和沿周向布置的纵向直肋。研究结果表明,旋转通道内流场受到轴向通流流动和旋转诱导周向流动的共同影响,在低旋转雷诺数下,轴向通流流动占主导,环肋和离散环肋的传热强化机制显著;而在高的旋转雷诺数下纵向肋的传热强化机制则更为显著。采用综合性能因子对几种肋型进行综合评价,在低旋转雷诺数下离散环肋的综合性能最优,但在高旋转雷诺数下,环肋和离散环肋结构的综合性能相较于光滑通道并无优势,甚至还会导致综合性能的降低。对于高速旋转管,纵向肋是内部强化传热应用的一种合理结构形式。 展开更多
关键词 旋转管 肋结构 轴向通流 流动传热 综合性能因子
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转盘──静盘系统内流动的研究 被引量:1
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作者 吕杰文 《新疆石油学院学报》 1998年第1期38-43,37,共7页
由于开式转盘—静盘系统比较真实地模拟了航空发动机涡轮盘腔内有冷却空气通过时的流动情况,因此本文采用SIMPLEC算法对具有中心射流的旋转盘腔中的流动和换热进行了计算研究。控制方程采用轴对称园柱坐标系下的形式。从计算过程和结... 由于开式转盘—静盘系统比较真实地模拟了航空发动机涡轮盘腔内有冷却空气通过时的流动情况,因此本文采用SIMPLEC算法对具有中心射流的旋转盘腔中的流动和换热进行了计算研究。控制方程采用轴对称园柱坐标系下的形式。从计算过程和结果来看,入口冷却空气的流速Uin(又可表现为雷诺数Re)。转盘的旋转角速度ω(又可表现为旋转雷诺数Reφ)、入口孔径比等均对流场有影响。本文对这种变化的影响重点讨论了出气口处径向速度v随着轴向(x方向)的变化,以期发现“入侵”的存在及其危害性大小。计算表明随着Reφ的增大,“入侵”越严重,而Re越大,“入侵”越不易产生。 展开更多
关键词 内流动 燃气轮 转盘静盘系统 航空 涡轮发动机
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双辐板涡轮盘轴向通流旋转腔流动换热数值研究
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作者 叶超 郭隽 全永凯 《军民两用技术与产品》 2016年第2期180-181,共2页
采用计算流体力学商用软件CFX对双辐板涡轮盘腔进行三维稳态数值模拟,针对固体盘温度分布和流动结构及换热情况比较复杂的中心轴向通流旋转腔进行数值分析.轴向通流旋转腔流动换热具有周期性特征:腔内在一个周期中形成了一对涡团,其形... 采用计算流体力学商用软件CFX对双辐板涡轮盘腔进行三维稳态数值模拟,针对固体盘温度分布和流动结构及换热情况比较复杂的中心轴向通流旋转腔进行数值分析.轴向通流旋转腔流动换热具有周期性特征:腔内在一个周期中形成了一对涡团,其形状基本保持不变,并在盘中旋转;盘壁面的对流换热系数在一个周期内基本保持不变. 展开更多
关键词 双辐板 轴向通流 对流换热系数 周期性
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基于通流程序的低速模拟气动设计及数值验证
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作者 杨晓飞 高海洋 孟德君 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期2031-2037,共7页
为了验证多级轴流压气机出口级性能,开展四级重复级低速模拟气动设计,并坚持以二维设计为主,三维数值验证为辅。利用相同的设计系统,建立了高低速压气机之间相似的二维流场和叶表无量速度分布。随后,低速与高速压气机三维数值计算结果... 为了验证多级轴流压气机出口级性能,开展四级重复级低速模拟气动设计,并坚持以二维设计为主,三维数值验证为辅。利用相同的设计系统,建立了高低速压气机之间相似的二维流场和叶表无量速度分布。随后,低速与高速压气机三维数值计算结果对比表明,压升系数特性吻合,流场相似,且叶表无量纲速度由设计点到失速点保持一致的变化趋势,进一步验证了二维设计的可行性;利用相同的系统设计高、低速压气机,有利于形成高速-低速-高速的良性循环,有利于完善基于通流程序的设计体系,积累设计经验。 展开更多
关键词 低速模拟 轴流压气机 通流 气动设计 数值验证
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带轴向通流冷却的动压气体轴承静承载力和气动热多参数影响分析
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作者 高齐宏 孙文静 +3 位作者 王宇婕 张靖周 张镜洋 罗欣洋 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期154-167,共14页
在运行状态稳定条件下,进行了带轴向通流冷却的动压气体轴承三维流-固耦合数值模拟,以分析静承载力和气动热的多参数影响关联。结果表明:在气膜层间隙中,旋转强剪切驱动的周向流动占主导机制,在强烈的旋转流驱动下,进口端的轴向通流被... 在运行状态稳定条件下,进行了带轴向通流冷却的动压气体轴承三维流-固耦合数值模拟,以分析静承载力和气动热的多参数影响关联。结果表明:在气膜层间隙中,旋转强剪切驱动的周向流动占主导机制,在强烈的旋转流驱动下,进口端的轴向通流被诱导而随之转动,随后在气膜厚度较大的区域向出口端运动,并与通道周向流动形成叠加而呈现螺旋状的流动迹线;无论是对于静承载力还是气动热,偏心率均是最重要的影响参数,对于静承载力而言,气膜平均间隙的影响显著高于轴向通流质量流量的影响,而对于气动热而言,轴向通流质量流量的影响则显著高于气膜平均间隙的影响;在静载荷水平相当时,小偏心率-小气膜平均间隙工况的气动热效应相对较弱,反之,大偏心率-大气膜平均间隙工况的气动热效应最为显著,其面临的散热问题也更为严重。 展开更多
关键词 动压气体轴承 气动性能 热性能 轴向通流 多参数影响
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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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某五级轴流压气机性能分析 被引量:1
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作者 李博 顾春伟 +2 位作者 肖耀兵 李孝堂 刘太秋 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1218-1222,共5页
基于一套S2流面流线曲率法通流计算程序对某五级轴流压气机进行了性能分析。该程序在包含常用的叶珊特性计算模型的同时,为了反映压气机内部复杂流动的影响,引入了考虑到端壁剪切力修正的径向掺混模型和能够根据不同工况激波结构计算损... 基于一套S2流面流线曲率法通流计算程序对某五级轴流压气机进行了性能分析。该程序在包含常用的叶珊特性计算模型的同时,为了反映压气机内部复杂流动的影响,引入了考虑到端壁剪切力修正的径向掺混模型和能够根据不同工况激波结构计算损失的复杂激波模型。通过与实验数据的对比结合CFD计算结果,表明该程序能够基本准确预测某五级轴流压气机的运行特性和气动布局参数,验证了该压气机性能基本达到设计要求。同时为该压气机进一步优化提供了参考。 展开更多
关键词 压气机 轴流 多级 通流
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高负荷轴流压气机的通流计算与分析 被引量:1
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作者 李想 顾春伟 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1907-1911,共5页
高负荷轴流压气机内部流动复杂,气动性能预测难度大。本文介绍了作者开发的一套适用于高负荷轴流压气机性能预测的通流计算程序。程序采用流线曲率法,基于对压气机内部流动规律的深刻认识,结合实际工程经验,建立了对于损失、落后角等的... 高负荷轴流压气机内部流动复杂,气动性能预测难度大。本文介绍了作者开发的一套适用于高负荷轴流压气机性能预测的通流计算程序。程序采用流线曲率法,基于对压气机内部流动规律的深刻认识,结合实际工程经验,建立了对于损失、落后角等的预测模型,以及失速和掺混模型。通过对NASA的跨音转子Rotor 1B、P&W三级机组3S1、GE公司E^3机组等多台有代表性机组进行计算,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了本通流程序的可靠性。结果表明,本程序是高负荷轴流压气机性能分析预测的有效工具,具有一定工程应用价值。 展开更多
关键词 高负荷轴流压气机 通流计算 流线曲率法 损失模型
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轴向通流旋转盘腔换热特性 被引量:8
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作者 曹楠 窦志伟 +1 位作者 罗翔 徐国强 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1178-1185,共8页
针对航空发动机压气机盘腔中流动与换热现象,采用该实验的方法对等温轴向通流旋转盘腔进行研究。通过对比不同工况下局部努塞尔数和平均努塞尔数的变化情况分析旋转腔中各力对流动与换热的影响,并总结努塞尔数与各无变量参数的经验公式... 针对航空发动机压气机盘腔中流动与换热现象,采用该实验的方法对等温轴向通流旋转盘腔进行研究。通过对比不同工况下局部努塞尔数和平均努塞尔数的变化情况分析旋转腔中各力对流动与换热的影响,并总结努塞尔数与各无变量参数的经验公式。结果表明:盘腔内流动与换热主要由哥氏力、惯性力与离心力控制。腔内流动区域可划分为低半径位置惯性力占主导地位的惯性对流区与高半径位置哥氏力占主导地位的旋转对流区。轴向通流流量增大使惯性力增大,转速增高使哥氏力增大。惯性力与哥氏力的增加都会增强换热,两个力对彼此对换热的影响有削弱作用,两个力的综合作用使不同工况中不同半径位置的换热变化情况不同。平均努塞尔数与局部努塞尔数随变量的变化情况基本一致。 展开更多
关键词 轴向通流 旋转盘腔 换热 哥氏力 惯性力
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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:1
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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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