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涡轮发动机三维多场耦合数值仿真的数学模型 被引量:4
1
作者 冯国泰 黄家骅 +2 位作者 李海滨 王松涛 顾中华 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2001年第3期189-192,共4页
给出了用于发动机多场耦合数值仿真的统一的数学模型,这一模型由于采用了广义控制体系,在用来求解非定常气、热、弹耦合的变域差分问题时很方便. 讨论了统一的数学模型在不同场的演化,分析了多场耦合的4种类型及发动机多种层次的物理模... 给出了用于发动机多场耦合数值仿真的统一的数学模型,这一模型由于采用了广义控制体系,在用来求解非定常气、热、弹耦合的变域差分问题时很方便. 讨论了统一的数学模型在不同场的演化,分析了多场耦合的4种类型及发动机多种层次的物理模型与数学模型. 展开更多
关键词 涡轮发动机 数值仿真 多场耦合 数学模型 飞机
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弯扭掠三维叶片综合流型与流场结构优化的设计思想及应用——弯扭掠叶片设计体系与设计思想研究之二 被引量:11
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作者 冯国泰 王松涛 +1 位作者 顾中华 王仲奇 《航空发动机》 2002年第4期5-11,共7页
重点研究了弯扭掠三维叶片的设计思想与应用,讨论了弯、扭、掠之间和弯、扭、掠与回转面之间互相匹配的原则。透平级的气动设计是多参数、多流型的综合优化的过程,在三维叶片设计中,必须认真研究弯。扭、掠、转与回转面之间的关系,认真... 重点研究了弯扭掠三维叶片的设计思想与应用,讨论了弯、扭、掠之间和弯、扭、掠与回转面之间互相匹配的原则。透平级的气动设计是多参数、多流型的综合优化的过程,在三维叶片设计中,必须认真研究弯。扭、掠、转与回转面之间的关系,认真研究流场结构的优化。讨论了l/b比较小的跨声速高压燃气涡轮静叶采用弯掠的匹配的规律,并介绍了扭掠叶片的设计体系与设计思想的应用。 展开更多
关键词 三维叶片 流型 弯扭掠叶片 匹配规律 流场结构 设计体系 涡轮叶片
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具有弯扭掠叶片流场结构分析能力的燃气涡轮三维设计体系——弯扭掠叶片设计体系与设计思想研究之一 被引量:10
3
作者 冯国泰 顾中华 王松涛 《航空发动机》 2002年第3期5-8,4,共5页
通过将结构分析与优化引申到气动设计中,建立了具有弯、扭、掠叶片流场结构分析能力的燃气涡轮气动设计体系,并将这一体系进一步划分为四个子体系。介绍了各子体系的构成与功能,并在流场结构分析与优化子体系中给出了流场结构三个层次... 通过将结构分析与优化引申到气动设计中,建立了具有弯、扭、掠叶片流场结构分析能力的燃气涡轮气动设计体系,并将这一体系进一步划分为四个子体系。介绍了各子体系的构成与功能,并在流场结构分析与优化子体系中给出了流场结构三个层次的分析框架。 展开更多
关键词 叶片 流场结构 燃气涡轮 设计 航空发动机
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气冷涡轮气热耦合数值模拟 被引量:8
4
作者 周驰 王强 +2 位作者 郭兆元 黄家骅 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期566-570,共5页
应用有限差分方法进行气冷涡轮气热耦合计算,研究了影响气热耦合计算精度的几个因素,包括:流场壁面附近的计算网格、湍流转捩模型以及能量方程中普朗特数的计算等。为了能够应用高精度离散格式,并加快计算速度,采用了气热耦合动力学的... 应用有限差分方法进行气冷涡轮气热耦合计算,研究了影响气热耦合计算精度的几个因素,包括:流场壁面附近的计算网格、湍流转捩模型以及能量方程中普朗特数的计算等。为了能够应用高精度离散格式,并加快计算速度,采用了气热耦合动力学的微分方程与相应的差分格式,采用了结构化网格。数值计算结果与试验进行对比表明,在流场壁面附近应采用正交性好的网格,并在计算中考虑转捩的影响;而普朗特数的变化对本次计算的影响不大。 展开更多
关键词 涡轮 耦合 数值仿真 有限差分法 计算网格 普朗特数
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涡轮叶片气热耦合数值模拟方法 被引量:12
5
作者 郭兆元 王强 +2 位作者 黄家骅 董平 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期159-164,共6页
研究了气热耦合计算模型,建立了采用有限差分方法进行涡轮气热耦合计算的数值仿真平台,并利用该平台采用考虑转捩和不考虑转捩两类湍流模型对具有径向冷却通道的MARK II型叶片进行数值模拟,同时将结果与实验值进行比较,对比表明:考虑转... 研究了气热耦合计算模型,建立了采用有限差分方法进行涡轮气热耦合计算的数值仿真平台,并利用该平台采用考虑转捩和不考虑转捩两类湍流模型对具有径向冷却通道的MARK II型叶片进行数值模拟,同时将结果与实验值进行比较,对比表明:考虑转捩的湍流模型能够准确的反映出边界层内的流态和热传导情况,因此壁面处温度和换热系数更接近于实验值,与实验值吻合较好。 展开更多
关键词 涡轮 气热耦合^+ 有限差分^+ 转捩 数值仿真
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高温蠕变分析的非线性连续损伤力学模型 被引量:14
6
作者 荆建平 夏松波 +1 位作者 孙毅 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期139-142,共4页
采用非线性连续损伤力学模型对某发动机涡轮轮盘在典型任务工况下的蠕变损伤和寿命进行分析 ,并同当前普遍使用的累积损伤理论进行比较 ,指出了累积损伤理论存在的问题。分析结果表明 ,连续损伤模型能更合理地描述材料蠕变损伤的累积发... 采用非线性连续损伤力学模型对某发动机涡轮轮盘在典型任务工况下的蠕变损伤和寿命进行分析 ,并同当前普遍使用的累积损伤理论进行比较 ,指出了累积损伤理论存在的问题。分析结果表明 ,连续损伤模型能更合理地描述材料蠕变损伤的累积发展过程。 展开更多
关键词 航空发动机 涡轮盘 损伤力学 高温蠕变分析
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发动机叶片流道内辐射换热的数值计算 被引量:7
7
作者 贺志宏 谈和平 +2 位作者 刘林华 冯国泰 阮立明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期65-68,88,共5页
应用贴体坐标系下辐射传递方程的离散坐标法 ,数值模拟了三维叶片流道内的辐射换热 ,计算了进口燃气总温分别为 16 73K和 2 193K时 ,发动机叶片流道内燃气对发动机机匣、轮毂和叶片的入射辐射热流密度。数值模拟表明 ,当进口燃气总温增... 应用贴体坐标系下辐射传递方程的离散坐标法 ,数值模拟了三维叶片流道内的辐射换热 ,计算了进口燃气总温分别为 16 73K和 2 193K时 ,发动机叶片流道内燃气对发动机机匣、轮毂和叶片的入射辐射热流密度。数值模拟表明 ,当进口燃气总温增加 2 9 9%时 ,入射辐射热流密度将增加 188%~ 2 12 % ,与直角坐标系下有限体积法的计算结果比较 。 展开更多
关键词 涡轮喷气发动机 辐射传热 热流计算 离散坐标法 贴体坐标 三维叶片流道
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尾喷管内部及其射流流场的数值模拟 被引量:10
8
作者 王松涛 冯国泰 +2 位作者 王仲奇 袁宁 张振家 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期53-55,共3页
通过求解三维 N- S方程 ,对某型发动机尾喷管在亚临界及超临界状态下的性能进行了数值模拟 ,尤其对喷管射流流场及其对喷管内部流动的影响进行了研究。差分格式采用具有 TVD性质的三阶精度的 Godunov格式 ,射流场及内部流场间采用分区... 通过求解三维 N- S方程 ,对某型发动机尾喷管在亚临界及超临界状态下的性能进行了数值模拟 ,尤其对喷管射流流场及其对喷管内部流动的影响进行了研究。差分格式采用具有 TVD性质的三阶精度的 Godunov格式 ,射流场及内部流场间采用分区算法。数值试验表明 。 展开更多
关键词 尾喷管 射流流场 区域分裂算法 数值仿真
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某型两级涡轮变比热容三维定常流场的数值模拟 被引量:7
9
作者 袁宁 张振家 +2 位作者 王松涛 顾发华 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期33-37,共5页
通过求解由粘性力引入损失的Euler方程,模拟了某型两级双轴涡轮的内部稳态流场。计算采用了变比热容,用“混合平面法”对叶列间的相互干扰进行了处理,结果表明总体参数的计算值与发动机试验相吻合。
关键词 二级涡轮 三维 定常流 流动分布 数值仿真 航空
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端壁翼刀控制压气机叶栅二次流的机理研究 被引量:9
10
作者 刘艳明 钟兢军 +2 位作者 黄洪雁 王松涛 冯国泰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2005年第4期431-436,共6页
对CDA压气机直叶栅和具有不同流向位置和不同几何参数的端壁翼刀叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟。结果表明,端壁翼刀主要通过阻断马蹄涡压力面分支汇入通道涡和有效产生反向翼刀涡来控制二次流。加装在距叶片压力面30%节距处且高度为... 对CDA压气机直叶栅和具有不同流向位置和不同几何参数的端壁翼刀叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟。结果表明,端壁翼刀主要通过阻断马蹄涡压力面分支汇入通道涡和有效产生反向翼刀涡来控制二次流。加装在距叶片压力面30%节距处且高度为1/3来流附面层厚度、占据前3/4流道的翼刀布置方式为本文所给出的最佳翼刀位置。 展开更多
关键词 端壁翼刀 二次流 损失 压气机叶栅
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涡轮高载荷动叶片设计及级三维流场数值分析 被引量:11
11
作者 周凡贞 王世勇 +1 位作者 丁晓娟 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期62-65,共4页
针对一个涡轮的典型级,减少动叶片的数18只,采用参数化叶型法重新成型三维叶片的五个截面叶型,用Fluent分别对各截面进行粘性S1正问题流场分析计算,然后将5个截面沿径向以各截面的重心积迭形成三维叶栅。对新成型的叶栅和原叶栅组成的... 针对一个涡轮的典型级,减少动叶片的数18只,采用参数化叶型法重新成型三维叶片的五个截面叶型,用Fluent分别对各截面进行粘性S1正问题流场分析计算,然后将5个截面沿径向以各截面的重心积迭形成三维叶栅。对新成型的叶栅和原叶栅组成的涡轮级分别进行三维粘性流动分析,表明新设计的叶栅叶片载荷增加15%,而效率基本保持不变。 展开更多
关键词 涡轮 高载荷涡轮 叶片 数值分析
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弯曲叶片降低能量损失的涡动力学机制 被引量:8
12
作者 王松涛 王仲奇 冯国泰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期607-613,670,共8页
采用实验与数值模拟相结合的手段 ,从涡动力学的角度阐述了弯叶片降低能量损失的机理 .研究了在不同攻角、不同出口马赫数、不同弯角条件下涡轮叶栅流场内主要旋涡的生成与发展 ;并通过与直叶栅的对比 ,研究了叶片弯曲对马蹄涡起始分离... 采用实验与数值模拟相结合的手段 ,从涡动力学的角度阐述了弯叶片降低能量损失的机理 .研究了在不同攻角、不同出口马赫数、不同弯角条件下涡轮叶栅流场内主要旋涡的生成与发展 ;并通过与直叶栅的对比 ,研究了叶片弯曲对马蹄涡起始分离点位置及对通道涡位置强度的影响 ,从截面涡结构入手 ,分析了叶片弯曲这种边界条件的改变方式对通道涡稳定性的影响 ;通过分析在不同气动条件下通道涡对损失贡献的差异指出了在通道涡强度与尺度较大的叶栅 ,叶片弯曲不但会直接通过改变通道涡的强度 ,减少通道涡本身的损失来影响损失的大小 ,同时也会通过对通道涡位置的改变来影响损失的分布与大小 . 展开更多
关键词 弯曲叶片 涡动力学 旋涡 拓扑分析 稳定性 能量损失 数值模拟 叶轮机 流场 叶栅
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气热耦合条件下涡轮静叶三维优化 被引量:7
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作者 卢少鹏 迟重然 +4 位作者 罗磊 蔡乐 王松涛 冯国泰 王仲奇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期356-364,共9页
为解决涡轮静叶尾缘烧蚀问题并提升气动效率,采用气热耦合优化的方法对该叶片进行优化,优化分为对叶型优化以及对弯叶片优化两部分。优化结果显示,对叶型进行优化时由于叶型变化以及冷气流量增加2.68%导致叶片平均温度降低4.15%,最高温... 为解决涡轮静叶尾缘烧蚀问题并提升气动效率,采用气热耦合优化的方法对该叶片进行优化,优化分为对叶型优化以及对弯叶片优化两部分。优化结果显示,对叶型进行优化时由于叶型变化以及冷气流量增加2.68%导致叶片平均温度降低4.15%,最高温度下降61.7K,气动效率提升0.17%;对弯叶片进行优化时,顶部正弯效果明显,冷气流量增加0.11%,叶片平均温度下降2.4%,最高温度下降10.6K,气动效率提升0.16%。通过分析,对于该径高比较小的叶片,无论是叶型变化还是弯叶片变化,低能流体由端区进入主流导致的端区损失降低和激波损失的降低是导致气动效率提升的主要原因;冷气流量加大以及端区二次流减弱是造成叶片温度场降低的主要原因。 展开更多
关键词 涡轮 弯叶片 气热耦合 多目标优化
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涡轮效率改变对发动机加速特性的影响 被引量:9
14
作者 黄家骅 冯国泰 +1 位作者 牛军 于达仁 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期368-372,共5页
采用零维闭环数值仿真平台,对某型单轴涡轮喷气发动机进行启动加速过程的零维闭环仿真,通过选择三种不同的调节方式,研究了涡轮效率的改变对发动机的转速、推力和耗油率等发动机特性的影响,其中某些结果与实验数据进行了比较。
关键词 涡轮喷气发动机 数值仿真 涡轮效率 闭环控制
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多级涡轮气动设计与优化的研究 被引量:6
15
作者 卢少鹏 温风波 +5 位作者 梁晨 牛夕莹 蔡乐 王松涛 冯国泰 王仲奇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期888-896,共9页
为明确多级涡轮的设计方法与流程,缩短设计周期与减少设计过程中的盲目性,采用分层优化设计体系对某五级涡轮进行详细的气动设计,对设计体系中各部分的作用和设计方法及手段进行了一定的探索。根据分层优化设计体系规范,首先方案设计,... 为明确多级涡轮的设计方法与流程,缩短设计周期与减少设计过程中的盲目性,采用分层优化设计体系对某五级涡轮进行详细的气动设计,对设计体系中各部分的作用和设计方法及手段进行了一定的探索。根据分层优化设计体系规范,首先方案设计,即一维与S2设计,掌握该涡轮的设计特点。方案设计完成后,根据方案设计中确定的部分参数,最终采用以三维设计为主,综合考虑总体参数和沿叶高参数分布的设计思路,设计过程中应用了优化的方法对部分参数进行了优化设计,三维设计完成后对该涡轮进行了简单的非定常校核,并且计算了特性线,验证了其变工况性能。计算结果表明所设计的五级涡轮基本达到了设计要求。 展开更多
关键词 燃气涡轮 设计体系 三维设计 优化
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平面叶栅中冷气射流三维分离的数值模拟 被引量:8
16
作者 杨科 王松涛 +1 位作者 王仲奇 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期43-46,共4页
为了研究冷气射流对平面叶栅气动特性的影响 ,采用三阶精度Godunov格式和B L湍流模型求解三维N S方程 ,对冷气孔处于气冷涡轮叶栅的轴向位置为 5mm ,10mm ,4 3mm和 5 0mm ,喷射角度分别为 3 0°,60°,90° ,12 0°条件... 为了研究冷气射流对平面叶栅气动特性的影响 ,采用三阶精度Godunov格式和B L湍流模型求解三维N S方程 ,对冷气孔处于气冷涡轮叶栅的轴向位置为 5mm ,10mm ,4 3mm和 5 0mm ,喷射角度分别为 3 0°,60°,90° ,12 0°条件下进行了 16组方案计算。结果表明 ,叶片前缘冷气孔角度对流场底影响较小。越接近叶片尾缘 。 展开更多
关键词 平面叶栅 冷气射流 数值模拟 射流场
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水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟 被引量:7
17
作者 姜澎 黄洪雁 +1 位作者 冯国泰 王仲奇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1097-1101,共5页
利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5μm的水滴作为离散相;水滴在接近... 利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大. 展开更多
关键词 相变 冲击冷却 水滴 数值模拟
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高负荷跨声速压气机动静叶干扰下叶片气动负荷研究 被引量:7
18
作者 李绍斌 苏杰先 +1 位作者 冯国泰 王仲奇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期410-415,共6页
通过数值方法模拟了某型高负荷跨声速压气机在工作点的非定常流场,对级内动静叶的气动干扰进行了深入分析。通过气动力和力矩的变化对动静叶干扰下的叶片非定常气动负荷进行了详细的分析,研究了尾迹和势流干扰下叶片气动负荷的变化规律... 通过数值方法模拟了某型高负荷跨声速压气机在工作点的非定常流场,对级内动静叶的气动干扰进行了深入分析。通过气动力和力矩的变化对动静叶干扰下的叶片非定常气动负荷进行了详细的分析,研究了尾迹和势流干扰下叶片气动负荷的变化规律,结合频谱分析进一步认识了气动负荷各周期分量,研究结果有助于对高负荷压气机内动静叶非定常气动干扰的认识。 展开更多
关键词 非定常流场 气动干扰 气动负荷 压气机
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涡喷发动机压气机三种 S_2 流面计算程序的比较 被引量:8
19
作者 袁宁 张振家 +1 位作者 顾中华 冯国泰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第1期50-56,共7页
在目前压气机S2流面准三元的工程设计中,广泛采用流函数法、流线曲率和欧拉法三种计算方法。从方程体系、计算方法上进行了比较,同时对某三级轴流压气机进行了校核,并对三种方法的计算结果进行了比较分析,给出了六条相应的结论。... 在目前压气机S2流面准三元的工程设计中,广泛采用流函数法、流线曲率和欧拉法三种计算方法。从方程体系、计算方法上进行了比较,同时对某三级轴流压气机进行了校核,并对三种方法的计算结果进行了比较分析,给出了六条相应的结论。但到目前为止,仍没有足够的实验数据表明哪一种方法更好。建议在设计过程中应抓住问题的主要矛盾,灵活运用三种方法分析问题。 展开更多
关键词 涡轮喷气发动机 压气机 气动特性 数值计算
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考虑气膜冷却的涡轮静叶三维优化 被引量:5
20
作者 卢少鹏 迟重然 +4 位作者 王松涛 温风波 蔡乐 冯国泰 王仲奇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期614-619,共6页
为研究气冷涡轮叶片设计的特点,搭建了一个可以对采用气膜冷却的气冷涡轮叶片进行全三维优化的平台,该平台可在有冷气喷射的条件下对叶片进行多目标优化。优化平台中采用11参数法对叶片进行造型。针对该造型方法和优化设计的要求对优化... 为研究气冷涡轮叶片设计的特点,搭建了一个可以对采用气膜冷却的气冷涡轮叶片进行全三维优化的平台,该平台可在有冷气喷射的条件下对叶片进行多目标优化。优化平台中采用11参数法对叶片进行造型。针对该造型方法和优化设计的要求对优化变量的选取和优化策略以及优化目标的设定进行了一定的探讨,采用多岛遗传算法对优化问题进行寻优。采用该平台对某航空涡轮第一级静叶进行了优化。由于对不同目标进行了加权处理,所以随着优化目标侧重点的不同,优化方案的叶型呈现出不同特点,其气动效率和冷却效果均有所改善。 展开更多
关键词 气冷涡轮 气膜冷却 多学科优化 气动效率
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