摘要：基于对跨声速轴流压气机内部失稳触发机制的认识,设计了一种新型多圆柱孔式处理机匣结构。对带该处理机匣的跨声速轴流压气机转子Rotor-37的内部流动进行了全三维非定常数值模拟,结果表明该新型多圆柱孔式处理机匣结构可使压气机的综合裕度提高6.5%,而最高效率点效率仅降低0.19%。对多圆柱孔式处理机匣的扩稳机理进行了详细分析,结果表明处理机匣能有效消除低速流体团引起的通道阻塞现象,并将低速阻塞流体团抽吸进入处理机匣容腔,然后从前端喷口预旋喷出以抑制叶顶区域的流动分离,从而有效提高跨声速轴流压气机的失速裕度。

摘要：低压涡轮湍流问题是制约高性能航空发动机研制的难点之一。为了理清低压涡轮内部湍流流动机理,并掌握相应的控制策略,获得计及非定常流动特征的高负荷低压涡轮气动设计方法,基于课题组长期从事高负荷低压涡轮的研究基础之上,结合国内外低压涡轮大量研究工作,系统地介绍了尾迹扫掠下低压涡轮叶片吸力面附面层发展演化过程、端区二次流非定常特征变化以及相应的流动损失机制及其抑制方法。优化叶片载荷分布在一定程度上能够减小叶型损失和二次流损失;尾迹扫掠能够诱导吸力面附面层发生转捩从而减小叶型损失,同时也有助于抑制端区二次流的发展,但在不同雷诺数下,尾迹的作用效果可能不同;对于高/超高负荷低压涡轮,特别是在低雷诺数条件下,需要借助有效的流动控制手段来抑制分离。

摘要：为阐明1+1/2对转涡轮高压动叶叶顶间隙高度在变工况时的变化规律,以涡轮流场和高压动叶为整体进行气热双向耦合计算,根据所得温度场对叶片进行热弹单向耦合计算,获取了叶片形变量。不同于常规亚音速涡轮动叶的间隙变化规律,1+1/2对转涡轮高压动叶在较高转速和膨胀比的工况范围内,随着膨胀比降低,前缘间隙高度保持不变,而尾缘间隙高度以二次曲线规律减小。这是由于该工况范围内高压动叶流场展向全超音堵塞,喉道上游流场不受膨胀比变化影响,下游流场的温度随膨胀比减小而升高。相应地,叶片喉道前部温度不变、后部温度升高,导致前缘叶高不变、尾缘因热膨胀伸长。为避免尾缘间隙减小引起碰磨,根据叶片尾缘形变特点增大了设计点的尾缘间隙高度,导致设计工况时叶片后部间隙泄漏流射流速度增大、剪切作用增强,泄漏流流量和损失增加。为保证工作安全的同时提高涡轮效率,有必要发展前、尾缘叶顶间隙独立控制方法,使变工况时前、尾缘的叶顶间隙高度皆在合理范围内。

摘要：以高亚声速压气机叶型为研究对象,利用数值模拟手段研究了不同雷诺数Re条件下叶片近壁面分离泡结构和边界层发展的内在关联,基于Denton损失模型,揭示了低Re下压气机叶型性能退化内因;在此基础上,通过叶型改型设计,获得两种不同载荷分布的新叶型,对比分析了载荷分布对分离泡结构和叶型流动损失的影响。结果表明,Re从1.2×10^6降低到1.5×10^5时,吸力面分离泡长度增加11.2%轴向弦长,此时叶型边界层损失略有增加,而叶型尾迹损失增加接近150%,分离泡强烈的"位移效应"导致尾迹损失急剧增加是低Re下压气机叶型性能退化的主要原因;采用前加载叶型能够促使转捩提前发生,同时降低流向逆压梯度,有效抑制分离泡的形成和发展,改善低Re条件下高亚声速压气机叶型的气动性能。

摘要：针对单元贫油直喷(LDI)喷嘴的旋流器设计问题,实验研究了旋流器结构变化(改变旋流器级数、双旋流器旋向及混合段收缩角等)对燃烧室总压损失、燃烧效率以及污染物排放等性能的影响规律.结果表明:旋流器结构变化对燃烧室性能有很大影响.同向双旋流燃烧室总压损失大于与之相同计算旋流数的单级旋流燃烧室,反向双旋流燃烧室总压损失略低于同向双旋流燃烧室,燃烧室总压损失随收缩角增大而呈增大趋势.相较单级旋流燃烧室和同向双旋流燃烧室,反向双旋流燃烧室在不同贫油气比工况下均具有更高的燃烧效率和更低的污染物排放.另外,燃烧效率及污染物排放受收缩角的影响.最佳收缩角角度的选取需要综合权衡总压损失、燃烧效率及污染物排放水平.

摘要：本文利用正交实验方法,以边界层不可压形状因子作为主要实验指标,通过数值模拟对一非对称斜坡型微型涡流发生器的结构参数进行了优化,对各结构参数进行极差分析后的结果表明,涡流发生器的高度对不可压形状因子和边界层厚度的影响最大,其次是其宽度,长度的影响作用最小。同时给出一系列较优的比例参数,使涡流发生器可以达到对激波边界层干涉较优的控制效果,其适应工况在来流Ma=2.3～2.8之间。这对涡流发生器的初期设计具有一定指导意义。

摘要：本文通过实验与数值模拟对离心喷嘴喷雾特性进行了研究。实验测量了不同压力下的雾化锥角以及索特尔平均直径(SMD)分布。数值模拟采用VOF(Volume-of-Fluid)两相流模型来模拟喷嘴内气液两相流流动,较好地模拟出喷嘴内的空气涡与喷雾锥角,所得到喷雾锥角与实验结果符合较好。通过实验与数值模拟相结合的方法验证了离心喷嘴的雾化性能,为组合气动雾化喷嘴的设计和雾化锥角的预测提供了理论和实验基础。

摘要：针对一动叶采用缩放式叶型设计、以无导叶对转涡轮为应用背景的涡轮级,通过数值模拟进行研究发现,在设计换算转速下,该涡轮级效率特性呈现"双峰僧'的特点。随着落压比增大,首先动叶进气攻角由负变为零,效率升高并达到极大值;其后,动叶流道内形成正激波,其自身产生波阻并在吸力面引起边界层分离,效率下降;随后,该激波向下游移至叶片尾缘,尾迹损失明显增加,加上波阻、边界层分离的综合作用,效率达到极小值;然后,该激波演变为尾缘斜激波,自身波阻减小,而且它在吸力面引起的边界层分离消失,流道内总体损失下降,效率又会上升并在设计点附近达到极大值;其后,该激波波前马赫数不断增大,波阻损失随之增加,同时尾迹损失也持续增加,效率又会下降。结果显示,高负荷跨音工况下激波与边界层干扰引起的边界层分离损失以及动叶高出口马赫数时尾缘区域的损失(包括波阻损失和尾迹损失)占总体损失的至少1/2以上,在设计优化过程中应重点关注与之相关的动叶吸力面扩张段和叶片尾缘区域。

摘要：涡轮机械在工业中广泛应用,是实现能源转化利用的重要载体。随着涡轮机械的不断发展,利用数值仿真和实验手段对其性能改进空间有限,难以满足与日俱增的工程需要。近年来,随着人工智能和数据驱动技术的快速发展,机器学习作为其主要分支,备受关注,在诸多领域展现了巨大的应用潜力。将机器学习应用于涡轮机械,对于涡轮机械部件优化设计具有效率高、可泛化等优点,同时使涡轮机械部件寿命预测、健康监测和故障诊断变得更加智能高效,为涡轮机械发展带来了新的契机。综述了机器学习的基本原理以及经典机器学习算法,对机器学习在涡轮机械部件如叶片、轮盘和密封组件的研究进展进行了系统阐述,分析了机器学习在涡轮机械上述领域应用中的问题及发展趋势。

摘要：随着离心压气机压比的不断提高,径向扩压器逐渐成为制约高压比离心压气机稳定性的关键因素之一,以某高压比离心压气机为研究对象,利用数值方法开展了扩压器自循环流动控制研究,详细讨论了扩压器自循环流动控制对离心压气机性能和内部流动的影响机理。结果表明,在不同转速下,自循环流动控制的效果不同,100%转速时该流动控制方法能够使其流量裕度提高3.5%;而在非设计转速下,该流动控制方法无法带来稳定裕度的提升。通过对流场的分析发现,100%转速近失速工况下,该流动控制方法通过引入一股与主流方向垂直的射流,减小了扩压器入口马赫数,使发生分离的临界攻角增大,抑制扩压器吸力面流动分离,从而提高离心压气机稳定工作裕度。