高负荷压气机叶栅的叶身/端壁融合研究

叶身/端壁融合(BBEW)是有潜力支撑风扇/压气机负荷最大化的原创技术.本文以大折转亚音叶栅和超音速叶栅两类趋向负荷极限叶栅为案例,在二面角原理指导下,采用数值方法对比研究了第一类(增大二面角型)和第二类(变曲率过渡曲面)BBEW改型。结果表明,两类BBEW改型均能有效削弱或消除高负荷压气机叶栅角区分离,且具有良好的工况适应性。其中,第一类BBEW改型虽外形上类似叶片倾斜,但作用机理却截然不同,附面层交汇作用超过叶片力作用.     

超音速叶栅由于振动引起的非定常空气动力的计算

作者应用奇点法对前后缘为任意曲线形状的超音速平板叶栅,导出了一组计算非失速条件下非定常空气动力的公式,编成程序.作为算例用它计算了后掠超音速平板叶栅由于振动引起的非定常空气动力功.这一程序可用来对所设计的超音速叶栅预估是否可能发生颤振提供分析基础,对于指导叶栅设计、避免非失速颤振的发生具有重要的意义.     

大功率汽轮机静叶栅损失发展的实验研究

对亚临界60万千万汽轮机高压第九级静叶原型和改型两套环形叶栅在零冲角下在低速风洞下进行了吹风实验研究.实验结果表明,与原型叶栅相比较,改型叶栅明显降低了流动损失.在设计工况下改型叶栅流道内的流动状况更为稳定,显著降低了二次流损失、端壁损失、吸力侧流动损失、尾迹损失.     

动静叶栅优化改型及其性能分析

本文对动静叶栅分别进行优化改型,并对改型前后叶栅的气动性能进行数值分析。动静叶栅的优化改型基于正反问题相结合的流函数方法,性能分析一方面基于单排叶栅定常粘性流动的数值计算,另一方面基于动静叶栅相互干扰非定常粘性流动的数值计算。算例结果表明,经过优化改型后的动静叶栅的气动性能,无论在定常流动条件下还是在非定常流动条件下,相比改型前均有较大幅度的改善。     

汽轮机静叶栅内平行通道除湿特性研究

火电汽轮机低压级组和核电汽轮机/船用核动力汽轮机全级都处于湿蒸汽区,湿蒸汽凝结流动长期以来是影响汽轮机经济性和安全性的难题.针对White叶栅,在吸力面和压力面间设计了一个连接相邻的汽流通道的平行通道,采用双流体模型对原型叶栅和改型叶栅内湿蒸汽凝结特性和气动性能进行研究.以总压损失系数、湿汽损失为评价指标,研究了平行通道开设位置对叶栅性能的影响.研究表明:吸力面开设位置(D点)越靠近叶栅尾缘,改型叶栅除湿性能越好;压力面开设位置(C点)对改型叶栅除湿性能影响不大;C点和D点越靠近叶栅尾缘,总压损失系数越大.     

超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式超音速平面叶栅风洞,在详细校核进口流动均匀性、出口流动周期性及叶栅中部流动二元性的基础上,详细测试了三套超音速涡轮叶栅在设计和非设计等三个攻角状态下的气动性能及叶片表面压力分布,为超音速涡轮叶栅的后续研究积累了翔实的实验资料。     

吸附式叶栅代替串联叶栅气动可行性探索

本文首先以ONERA串列叶栅为研究对象,利用数值模拟的方法对串列叶栅特性及其内部流动进行了分析,在此基础上,设计了与串列叶栅具有同等性能的单列吸附式叶栅,并在设计工况和非设计工况下对改型后的单列吸附式叶栅特性及其内部流场进行了详细分析.结果表明:在相同来流马赫数、出口条件和扩散因子的情况下,单列吸附式叶栅的性能优于串列叶栅,在高负荷压气机设计中用吸附式单列叶栅代替串列叶栅的做法是可行的.     

超音速叶栅与变动来流干扰的噪音计算

一、序言 文献[1]介绍了后掠超音速叶栅由于振动引起的非定常空气动力的计算方法,用它可预估超音速叶栅非失速颤振。文献[1]的理论也可用来计算变动来流干扰引起的作用于叶片上的非定常空气动力以及因之而产生的噪音。本文介绍其方法的概要和一些算例。 这方面,梶,岡崎和西山,小林对于直叶栅、難波对于旋转叶栅、菊地对于超音速叶栅进行了研究。菊地着重考察了前置静叶在周向倾斜时的三元影响,本文着重考     

超音速两相流极限升压能力的理论与试验研究

采用理论和实验的方法研究了一定汽水参数下的超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力以及主要结构参数对其的影响规律。计算与实验的结果表明:超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算值可达进汽压力的14倍左右,实验值可到进汽压力的2.6倍左右;混合腔和水喷嘴的几何尺寸是影响极限升压能力的最主要的结构参数;极限升压能力随混合腔收缩比增大而增大,随水喷嘴出口与混合腔喉部截面积比增大而减小,随蒸汽喷嘴喉部与出口截面积之比变化不大。计算和实验得到的结构参数对极限升压能力的影响规律是基本一致的。     

大功率汽轮机静叶栅压力场的实验研究

对亚临界60万千万汽轮机高压第九级静叶原型和改型两套环形叶栅在零冲角、低速风洞下进行了吹风实验研究.通过对实验叶栅三维压力场测量结果的分析,本文认为,与原型叶栅相比较,改型叶栅显著减少了叶型损失、推迟并削弱了吸力面上的三维分离、明显降低了横向与径向二次流损失.     

发动机喷流对火箭气动特性影响

开展了考虑底部发动机喷流影响的火箭气动特性CFD仿真设计,比较了有/无喷流时火箭附近流场结构、表面压力分布、整体气动力/力矩特性在亚/超声速段的差异,结果显示,发动机喷流对火箭亚声速段的轴向力、法向力和俯仰力矩特性均有较为显著的影响,且有减小尾部空气舵气动控制力矩的影响,而超声速段的影响仅限于轴向力。该仿真结果与飞行试验气动辨识结果较为一致。基于仿真分析结果,可建立一种折中考虑喷流影响的气动特性设计方法,供火箭精细化气动特性设计参考使用。      

The DC Arc in a Supersonic Nozzle Flow

The boundary layer integral method at its second level of approximation has been used to study the DC arc in a supersonic nozzle flow. It is shown that with the inclusion of the arc momentum balance, the critical point of the flow is, generally, not the sonic point of the external flow. The speed, at which a disturbance propagates relative to the external flow, is in general supersonic and is dependent on the arc conditions. The arc model is capable of predicting the axial electric field, the arc size and the axial pressure distribution as a function of current. For affinely related nozzles, the solution is determined by a parameter N, which is related to zt, the stagnation condition and the nominal current density at the throat (I/At). Numerical results are given for a particular nozzle shape although the method of analysis is general. Practical implications as regards nozzle design for a gas blast circuit breaker are briefly discussed.     

变截面超音速汽液两相流升压过程的研究

本文针对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程进行了实验研究,得到了变截面混合腔中超音速汽液两相流的压力变化规律,通过实验结果的分析得出了变截面混合腔中的渐缩部分的压力分布与出口压力无关、变截面通道的渐扩部分为一个单相流体扩压管、压力突变发生在变截面混合腔喉部和随着出口压力升高而激波强度增大、变截面超音速汽液两相流升压技术具有定流量特征等结论。     

Optimization of an off-axis nozzle for assist gas injection in laser fusion cutting

The aerodynamic features of the gas flow during laser fusion cutting are an essential factor influencing the cut performance. For this reason it has been a subject of some studies to explain the interactions of the gas jet with the workpiece and to design different gas injection systems with the aim of preventing the drawbacks of the conventional cutting heads.An off-axis cutting head with a de Laval nozzle to inject a supersonic gas jet has been previously demonstrated to be an effective design to achieve a complete removal of the molten material from the cutting front and to avoid the formation of the recast layer. In the present work, the fundamentals and procedures to adjust the main factors determining the efficiency of this gas injection system are described. Specifically, the gas flow inside the cut kerf is analysed by means of flow visualization using the Schlieren technique.     

基于弯曲激波特征线法的两级压缩内收缩流场设计与分析

进气道是超声速飞行器的关键部件,设计核心是无黏超声速流场的确定,而波系结构又直接决定了流场的性能。考虑到实际应用价值,基于给定激波的超声速流场反设计至关重要。传统单道入射波的流场结构简单,压缩效率不高,且传统特征线法（method of characteristics,MOC）无法获得高阶的气动参数。为了拓展设计思路,首先利用弯曲激波特征线法展示了内收缩超声速流场不同的单元过程,随后基于此法提出了一种已知入射和反射激波的两级压缩内收缩流场的概念及反设计方法。基于此法设计的基准流场与数值模拟结果吻合良好,双入射激波可以提高压缩效率并缩短长度,能够实现波系结构和出口参数的分布可控,在非均匀来流条件下也能得到相应型面。在给定激波的条件下,求解分析了一系列具有中心体的轴对称流场,讨论入射和反射激波激波角分布对流场气动参数和几何参数的影响。弯曲激波特征线法的精确性和有效性使其成为平面/轴对称超声速流场反设计的良好候选。      

带二次流的多喷管超声速引射器性能实验研究

 为研究多喷管超声速引射器在有二次流情况下的性能，采用模拟器产生给定总温和总压的模拟二次流，在多喷管超声速引射器实验台上进行了一系列实验。重点考察了多喷管引射器的性能以及一次流总压和喷管安装构型对其性能的影响。实验结果表明：多喷管超声速引射器可保证二次流在设计工况下正常工作；二次流的加入大大减小了一次流的总压损失；较低的一次流总压具有更好的压力匹配性能，但引射增压能力也有所降低；合理的喷管安装构型可同时提高引射增压能力和压力匹配能力。提出了将二次流作为“助推器”，以帮助多喷管引射器在较低工况下实现启动的方案，在不增加系统复杂度的前提下提高了引射器的压力匹配能力。     

三维跨音速叶栅自动气动优化设计

应用三维叶栅自动设计参数化方法,选择E3约束的条件下进行了自动气动优化设计.优化后,最优叶栅的总压恢复系数比参考叶栅提高了0.8%,流量和出口气流角都在约束范围内.对优化结果的详细气动分析表明,叶栅性能有显著的改善,表明该算法具有良好的优化性能.     

An unsteady pseudoshock model for barotropic gas flow

A mathematical unsteady pseudoshock model describing the continuous transition from supersonic to subsonic flow is constructed for a barotropic gas flow in a long flat channel or a nozzle. The model is based on a two-layer scheme of flow with mass transfer including a potential supersonic core and a turbulent boundary layer.     

Theoretical and Experimental Investigations of the Flow Field for Asymmetric Dual-Flow Interrupter Nozzles

Experimental investigations have indicated that electrode vapor can have a significant negative effect in thermal interruption speed for the gas-blast circuit breakers. This electrode vapor contamination can be minimized by the use of asymmetric dual-flow nozzle configuration. A computer program was developed to design the nozzle and electrode geometries of the asymmetric dual-flow interrupter and to calculate both the subsonic and supersonic cold flow fields. The Variational Principle of the finite element method, together with a Newton-Raphson iterative scheme, was used to solve the continuity equation for compressible flow. The supersonic flow field in the conical nozzle was calculated by the one-dimensional flow relationship. Two asymmetric dual-flow nozzle models were constructed to investigate the effects of orifice opening and nozzle divergent angle. The cold flow experiments were conducted in the Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) Transonic and Supersonic Wind Tunnel Laboratory. Various upstream-to-downstream nozzle pressure ratios were used to obtain the subsonic and supersonic experimental flow-field data. The experimental flow measurements were correlated with the calculated values to validate the computer program.     

吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化内外流非定常耦合方法

基于吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化的气动布局设计方式,文章提出了一种内外流一体化流场的耦合求解方法,其中燃烧室内流场采用考虑有限速率化学反应动力学模型的一维非稳态方法求解,进气道和尾喷管外流场采用二维CFD软件计算,进气道与燃烧室在耦合界面处通过一维平均方法实现静温、静压和Mach数等参数传递.并分别以日本国家航空与航天实验室（NAL）的氢燃料燃烧室模型作为内流场验证算例,以某典型高超声速飞行器一体化模型作为内外耦合流场验证算例.研究结果表明:有限速率化学反应准一维方法能较为准确地模拟燃烧室内燃烧流场,提出的内外流场耦合方法能够有效地计算出内外流耦合效应,计算后体压力分布与理论值较接近.该方法可为超燃冲压发动机的性能快速分析和吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化的初步分析设计提供重要参考.