射流旋涡发生器对轴流压气机流动分离控制及其优化研究
发布时间：2021-10-06 20:09
随着压气机负荷的不断增强,叶栅通道内部的流动分离现象更为严重,制约了压气机性能的进一步提高。除了采用全三维的叶片造型技术以合理组织三维流动外,局部流动控制技术也是控制角区三维分离的重要手段。射流旋涡发生器作为一种主动流动控制方式,集成了被动涡发生器和主动射流的控制特点,极大的拓展了其在压气机内部流动控制应用的潜力。本文以高亚声扩压叶栅NACA-65K48和跨声速级NASA-Stage37为研究对象,系统的开展端壁射流旋涡发生器对轴流压气机流动分离控制的实验和数值优化研究。作为优化研究的基础,首先完善基于Kriging代理模型的优化算法程序。编写分层Kriging模型,梯度增强Kriging模型,单点以及多点加点准则,给出基于Kriging模型的单目标、多目标、稳健性优化流程。将伪期望提高准则引入到目标函数最小准则以及最大概率提高准则加点准则中,发展一种自适应距离的并行加点方法,采用测试函数和翼型优化进行对比验证,结果表明采用自适应距离的目标函数最小并行加点准则具有较高的效率,并且不容易陷入局部最优,包含期望提高加点准则的并行优化算法具有较强的全局搜索能力。基于实验手段开展端壁射流旋涡发...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
压气机叶栅角区失速:Fig.1-1Thecornerstallinthecompressorcasc
静叶安装
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-互作用，遏制了角区二次流动，从而起到了消除分离降低损失的结果。当然不合理的间隙尺寸会形成泄漏旋涡，恶化角区流动。但是悬臂静叶还是为抑制角区分离提供了一种可能，许多学者对间隙形状以及间隙尺寸进行了研究[32,33]。a)带冠静叶a)Cantileveredstatorb)悬臂静叶b)Shroudedstator图1-3静叶安装的两种方式Fig.1-3Schematicdiagramofthreestatormodels在多级压气机环境中，动叶叶片排出口的低能和不均匀气体会直接作用于下一排静叶。另外，速度场也从一个旋转坐标系过度到静止坐标系，这样端壁附面层内部的流体会形成一个与动叶旋转速度相近的切向速度，那么静叶进口便会形成如图1-4所示的进口气流的畸变[34,35]，此时近端壁处的低能流体以一个较大的攻角流入静叶，造成端壁气流的偏转不足，甚至引起角区分离。除此之外，受向心力的作用，动叶表面附面层流体会由叶根向叶顶堆积，由于静叶根部的附面层内流体的速度为0，静叶表面附面层流体也向叶根堆积，造成径向的掺混[8]。图1-4压气机进口气流畸变[35]Fig.1-4Theskewedinletflowincompressor[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展[J]. 韩忠华,许晨舟,乔建领,柳斐,池江波,孟冠宇,张科施,宋文萍. 航空学报. 2020(05)
[2]压气机角区失速预测模型的改进与实验验证[J]. 刘宝杰,邱迎,于贤君,安广丰. 推进技术. 2020(03)
[3]高负荷压气机失速及其等离子体流动控制[J]. 张海灯,吴云,李应红,于贤君,刘宝杰. 工程热物理学报. 2019(02)
[4]端壁射流对高速扩压叶栅性能的影响[J]. 刘华坪,张东飞,陈焕龙. 工程热物理学报. 2017(12)
[5]等离子体激励式压气机[J]. 李应红,吴云,张海灯,李军. 推进技术. 2017(10)
[6]轴流压气机等离子体流动控制[J]. 吴云,张海灯,于贤君,李应红. 工程热物理学报. 2017(07)
[7]机匣周向槽抽吸影响跨声速压气机转子性能的数值研究[J]. 陆华伟,韩兴伟,张永超,王永亮,钟兢军,郭爽. 工程热物理学报. 2017(06)
[8]基于正交试验的压气机叶栅叶片式涡流发生器结构优化[J]. 吴艳辉,刘军,彭文辉,杨国伟,杨玄州. 动力工程学报. 2017(03)
[9]轴流压气机角区分离的研究进展[J]. 吴艳辉,王博,付裕,刘军. 航空学报. 2017(09)
[10]近失速工况跨声速压气机静叶端壁附面层流向槽抽吸数值研究[J]. 陆华伟,王安妮,郭爽,韩兴伟. 科学技术与工程. 2017(06)
博士论文
[1]重型燃气轮机高负荷压气机气动设计方法及流动控制机理[D]. 丁骏.哈尔滨工业大学 2018
[2]合成射流控制压气机叶栅角区分离的机理研究[D]. 秦勇.哈尔滨工业大学 2018
[3]应用附面层抽吸的对转压气机气动特性机理分析及试验研究[D]. 史磊.西北工业大学 2017
[4]跨声速压气机静叶三维旋涡结构研究[D]. 阚晓旭.大连海事大学 2016
[5]超高负荷扩压叶栅分离结构及其定常与非定常控制研究[D]. 蔡乐.哈尔滨工业大学 2015
[6]基于代理模型的高效气动优化设计方法及应用[D]. 刘俊.西北工业大学 2015
[7]轴流压气机角区分离流动损失机理及流动控制策略研究[D]. 陈萍萍.西北工业大学 2015
[8]基于Kriging模型的全局近似与仿真优化方法[D]. 李耀辉.华中科技大学 2015
[9]结构系统可靠性及灵敏度分析研究[D]. 魏鹏飞.西北工业大学 2015
[10]附面层抽吸对轴流压气机流动控制及性能影响的研究[D]. 曹志远.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]康达喷气叶型设计方法及其在高负荷压气机中的应用研究[D]. 李艺雯.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]带冠静叶和悬臂静叶的气动性能数值模拟研究[D]. 斯夏依.上海交通大学 2017
[3]正交表构造及其在数值计算的应用的Matlab实现[D]. 鹿姗姗.河南师范大学 2017
[4]高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究[D]. 兰云鹤.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3420661
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
压气机叶栅角区失速:Fig.1-1Thecornerstallinthecompressorcasc
静叶安装
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-互作用，遏制了角区二次流动，从而起到了消除分离降低损失的结果。当然不合理的间隙尺寸会形成泄漏旋涡，恶化角区流动。但是悬臂静叶还是为抑制角区分离提供了一种可能，许多学者对间隙形状以及间隙尺寸进行了研究[32,33]。a)带冠静叶a)Cantileveredstatorb)悬臂静叶b)Shroudedstator图1-3静叶安装的两种方式Fig.1-3Schematicdiagramofthreestatormodels在多级压气机环境中，动叶叶片排出口的低能和不均匀气体会直接作用于下一排静叶。另外，速度场也从一个旋转坐标系过度到静止坐标系，这样端壁附面层内部的流体会形成一个与动叶旋转速度相近的切向速度，那么静叶进口便会形成如图1-4所示的进口气流的畸变[34,35]，此时近端壁处的低能流体以一个较大的攻角流入静叶，造成端壁气流的偏转不足，甚至引起角区分离。除此之外，受向心力的作用，动叶表面附面层流体会由叶根向叶顶堆积，由于静叶根部的附面层内流体的速度为0，静叶表面附面层流体也向叶根堆积，造成径向的掺混[8]。图1-4压气机进口气流畸变[35]Fig.1-4Theskewedinletflowincompressor[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展[J]. 韩忠华,许晨舟,乔建领,柳斐,池江波,孟冠宇,张科施,宋文萍. 航空学报. 2020(05)
[2]压气机角区失速预测模型的改进与实验验证[J]. 刘宝杰,邱迎,于贤君,安广丰. 推进技术. 2020(03)
[3]高负荷压气机失速及其等离子体流动控制[J]. 张海灯,吴云,李应红,于贤君,刘宝杰. 工程热物理学报. 2019(02)
[4]端壁射流对高速扩压叶栅性能的影响[J]. 刘华坪,张东飞,陈焕龙. 工程热物理学报. 2017(12)
[5]等离子体激励式压气机[J]. 李应红,吴云,张海灯,李军. 推进技术. 2017(10)
[6]轴流压气机等离子体流动控制[J]. 吴云,张海灯,于贤君,李应红. 工程热物理学报. 2017(07)
[7]机匣周向槽抽吸影响跨声速压气机转子性能的数值研究[J]. 陆华伟,韩兴伟,张永超,王永亮,钟兢军,郭爽. 工程热物理学报. 2017(06)
[8]基于正交试验的压气机叶栅叶片式涡流发生器结构优化[J]. 吴艳辉,刘军,彭文辉,杨国伟,杨玄州. 动力工程学报. 2017(03)
[9]轴流压气机角区分离的研究进展[J]. 吴艳辉,王博,付裕,刘军. 航空学报. 2017(09)
[10]近失速工况跨声速压气机静叶端壁附面层流向槽抽吸数值研究[J]. 陆华伟,王安妮,郭爽,韩兴伟. 科学技术与工程. 2017(06)
博士论文
[1]重型燃气轮机高负荷压气机气动设计方法及流动控制机理[D]. 丁骏.哈尔滨工业大学 2018
[2]合成射流控制压气机叶栅角区分离的机理研究[D]. 秦勇.哈尔滨工业大学 2018
[3]应用附面层抽吸的对转压气机气动特性机理分析及试验研究[D]. 史磊.西北工业大学 2017
[4]跨声速压气机静叶三维旋涡结构研究[D]. 阚晓旭.大连海事大学 2016
[5]超高负荷扩压叶栅分离结构及其定常与非定常控制研究[D]. 蔡乐.哈尔滨工业大学 2015
[6]基于代理模型的高效气动优化设计方法及应用[D]. 刘俊.西北工业大学 2015
[7]轴流压气机角区分离流动损失机理及流动控制策略研究[D]. 陈萍萍.西北工业大学 2015
[8]基于Kriging模型的全局近似与仿真优化方法[D]. 李耀辉.华中科技大学 2015
[9]结构系统可靠性及灵敏度分析研究[D]. 魏鹏飞.西北工业大学 2015
[10]附面层抽吸对轴流压气机流动控制及性能影响的研究[D]. 曹志远.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]康达喷气叶型设计方法及其在高负荷压气机中的应用研究[D]. 李艺雯.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]带冠静叶和悬臂静叶的气动性能数值模拟研究[D]. 斯夏依.上海交通大学 2017
[3]正交表构造及其在数值计算的应用的Matlab实现[D]. 鹿姗姗.河南师范大学 2017
[4]高负荷扩压叶栅附面层抽吸对分离流动控制研究[D]. 兰云鹤.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3420661
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