低雷诺数下涡轮转子内部流场的数值模拟研究
航空发动机涡轮流场数值模拟及内部绕流特性分析
航空发动机涡轮流场数值模拟及内部绕流特性分析航空发动机是现代航空技术的核心,其性能直接影响着飞机的飞行性能和燃油效率。
发动机的关键组件之一是涡轮,通过转化燃气能量为机械能来驱动涡轮机械系统。
因此,对于涡轮流场的数值模拟和内部绕流特性的分析显得尤为重要。
涡轮的数值模拟是通过计算流体力学(CFD)的方法来模拟和分析其流场特性。
数值模拟可以帮助工程师深入了解涡轮内部的复杂流动现象,如流速、温度、压力分布等,从而优化设计和改善性能。
在进行涡轮流场数值模拟之前,我们首先需要建立一个真实且准确的涡轮几何模型。
这可以通过三维扫描技术、CAD建模或者已有模型的几何重建来实现。
准确的几何模型对于数值模拟结果的可靠性和精度至关重要。
接下来,我们使用CFD软件来模拟涡轮的流场。
CFD软件基于流体动力学原理和数值计算方法,可以将连续的Navier-Stokes方程转化为离散的代数形式,并通过迭代求解方法得到稳态或者瞬态的数值解。
在此过程中,我们需要考虑诸多影响因素,如边界条件、材料特性、湍流模型等,以及对流动方程的时间和空间离散化方法的选择。
这些参数和假设的合理性直接关系到数值模拟结果的准确性与可信度。
进行涡轮流场数值模拟后,我们可以通过对结果进行后处理和分析来获取关键的内部绕流特性。
这包括但不限于速度分布、压力分布、温度分布、旋转力矩和涡量的分布。
通过分析这些特性,我们可以推断出涡轮的性能表现,如流经涡轮的流体速度变化、能量转换过程和各个组件之间的相互作用等。
此外,还可以通过绘制流线图、压力云图等直观的图像来展示流场现象,从而更好地理解和分析内部绕流特性。
通过航空发动机涡轮流场数值模拟及其内部绕流特性的分析,我们可以获得以下几个方面的信息:1. 螺旋流现象:涡轮内部的螺旋流是涡轮运行中常见的现象。
通过数值模拟,我们可以观察到螺旋流的生成、发展和运动规律,从而认识到螺旋流对涡轮性能产生的影响。
2. 湍流和损失:湍流是涡轮内部流动中的一种无序运动,会引起能量的损失。
涡轮机械气动流动特性数值模拟与实验研究
涡轮机械气动流动特性数值模拟与实验研究在现代工程设计中,涡轮机械被广泛应用于航空发动机、汽车引擎、燃气轮机等领域。
对于这些涡轮机械的设计与性能优化,流动特性的研究是至关重要的。
本文将探讨涡轮机械气动流动特性的数值模拟与实验研究方法。
首先,数值模拟是研究涡轮机械气动流动特性的重要工具之一。
通过数值模拟方法,可以获得涡轮机械流场中的速度、压力、温度等气动参数的分布情况,进而分析涡轮机械的工作性能和流动特性。
数值模拟方法主要包括雷诺平均法、湍流模型、离散相方法等。
在数值模拟中,雷诺平均法是最常用的方法之一。
该方法以雷诺平均速度和雷诺应力为基本参量,通过求解雷诺平均方程组得到平均流动场的分布情况。
湍流模型则用于描述流动中湍流效应的影响。
其中最常用的湍流模型是两方程湍流模型,它通过求解雷诺应力和湍流能量方程来描述湍流的分布情况。
离散相方法是用于描述流场中颗粒粒子的运动,对于某些特定的涡轮机械,如颗粒喷射涡轮机,离散相方法十分重要。
然而,数值模拟也存在一些局限性。
首先,数值模拟方法对初始条件、边界条件和模型假设的选择十分敏感,这对模拟结果的准确性和可靠性提出了挑战。
其次,数值模拟方法的计算量巨大,对计算资源的要求较高,这限制了其在工程实际中的应用。
因此,为了验证和修正数值模拟方法的结果,进行实验研究是必要的。
实验研究是研究涡轮机械流动特性的另一种重要方法。
通过实验手段,可以直接观测和测量流场中的各个气动参数,获得流动的详细信息。
实验研究方法主要包括风洞试验、流速试验、温度测试等。
风洞试验是最常用的实验研究方法之一。
通过建立逼真的实验模型,在风洞中模拟真实的流场环境,可以获得涡轮机械流场中的气动参数分布情况。
流速试验则通过改变流场中的流速,观测涡轮机械的性能变化情况。
温度测试则主要用于测量涡轮机械流场中的温度分布情况。
然而,实验研究也存在一些限制。
首先,实验研究需要大量的设备和人力物力投入,成本较高。
其次,实验研究往往只能在局部范围内进行,无法全面揭示涡轮机械流动特性的细节。
低雷诺数涡轮叶片边界层转捩及分离特性测量
低雷诺数涡轮叶片边界层转捩及分离特性测量摘要:本文重点介绍了测量雷诺数下涡轮叶片边界层转捩及分离特性的方法。
首先,介绍了基本的涡轮叶片流动特性,然后给出了使用数值模拟来估算实际叶片上边界层特性的方法,接着介绍相关的实验室测试,以及在不同的实验条件下的研究结果及其结论。
最后,根据实际叶片设计,对涡轮叶片边界层转捩及分离性能进行了实验测量。
关键词:涡轮叶片,边界层,转捩及分离,数值模拟,实验测量正文:涡轮叶片是现代涡轮装置中最重要的部件之一,其特性对涡轮发动机的性能产生重要的影响,因此,对涡轮叶片的边界层特性进行测量是十分重要的。
在雷诺数下,利用数值模拟可以估算实际叶片上的边界层特性,并给出相应的建议。
考虑到叶片的边界层特性随着雷诺数的变化而变化,因此,在不同的雷诺数下,实际叶片上的边界层特性也会有所变化。
为了深入了解叶片特性,必须进行实验测量来评估叶片上边界层转捩点及分离特性。
本文重点介绍了在不同雷诺数下,测量涡轮叶片边界层转捩点及分离特性的实验方法,并通过实验测量得出结论。
首先,通过实验测量叶片上边界层的分离特性以及转捩点,以获得叶片的关键特性。
其次,利用数值模拟来比较实验测量结果,以作为校验叶片特性。
最后,根据叶片的关键特性,提出改进叶片的性能的方案,并评估叶片的改进效果。
涡轮叶片边界层特性的测量对涡轮发动机性能产生重要影响,因此应用涡轮叶片边界层特性的测量结果,分析叶片的关键特性,并改进叶片的性能。
首先,应用实验测量得到的叶片边界层特性,获得叶片的关键特性,主要是转捩点及分离特性,以及其在不同雷诺数下的过渡。
考虑到叶片边界层特性在不同的雷诺数下会发生变化,因此,为了精确地测量叶片性能,必须在不同雷诺数下测量。
其次,应用数值模拟来校验实验测量结果,以确保测量结果的准确性。
数值模拟可以给出准确的叶片性能结果,但考虑到所涉及到的计算量很大,因此,将实验测量结果与数值模拟结果相结合,可以节省计算资源,同时也可以获得更准确的叶片性能结果。
低压涡轮低雷诺数条件下气动性能分析
Aeo y a cP roma c ayi f o rsueT riea o y od u es rd n mi e r n eAn lsso w P esr ubn tL w Ren lsN mb r f L
WANG S n . 0 L U X n, HOU X n, E o gt , I u Z a u F NG u . iWANG Z o gq G ot . a h n .i
第5 3卷 第 5期
21 0 1年 1 0月
汽
轮
机
技
术
Vo _ 3 No 5 l5 . 0c . 0 1 t2 1
TURBI NE TECHNOL OGY
低 压 涡轮 低 雷 诺 数 条 件 下 气 动 性 能分 析
王松涛 , 勋 , 刘 周 逊 , 国泰 , 冯 王仲奇
de r a ig. ce sn
Ke r s l w y o d u y wo d :o Re n l sn mb r t r i ; u  ̄c smu a i n; e o y a c p r o ma c e ;u b ne n me M i l t o a r d n mi e r n e f
者 ”对 如何控制低 压涡 轮的分 离 流动进 行 了二维 计算 ,
0 前 言
在低雷诺数 条件影 响下 , 空飞 行时 的航空 发动 机 高、 高
计算结果和实验结果吻合的很 好。
显然 , 当低 压涡轮在 低雷 诺数 条件 下工 作时 , 内部流 场 与高雷诺数条件 下 的流场不 同 。为 了更加 系统 的研 究低 雷
静叶片吸力面 出现分离 区 , 而且 随着雷诺数 的降低 , 分离 区加大 。
关 键 词 : 雷 诺 数 ; 轮 ; 值 模 拟 ; 动 性 能 低 涡 数 气
低雷诺数下旋转体的流场分析
低雷诺数下旋转体的流场分析在基础流体力学中,雷诺数被定义为惯性力与粘性力的比值,是流体流动中一个重要的无量纲参数。
低雷诺数下旋转体的流场分析是研究旋转体在流体中运动时的流动特性。
在本次分析中,将深入探讨低雷诺数下旋转体的流场特性,并进行详细解析。
首先,我们需要了解低雷诺数的概念。
低雷诺数即指惯性力相对于粘性力来说较小的情况。
惯性力主要由流体的加速度引起,而粘性力主要与流体的黏性特性相关。
在低雷诺数下,惯性力相对较小,流体更加稳定,流动速度较慢,粘性力对于流场的影响更为显著。
接下来,我们可以开始分析低雷诺数下旋转体的流场特性。
旋转体与流体的相互作用是旋转体在流动中所产生的主要效应之一。
一般来说,旋转体在低雷诺数下的流动特性可以通过动量守恒方程和连续性方程来进行建模。
此外,由于旋转体的存在,还需要考虑旋转力的产生和流场的涡结构。
在低雷诺数下,旋转体会在流体中激发涡结构。
涡是流动中带有旋转速度分布的区域,其产生通常会导致流体的混合和扩散。
通过研究涡结构的演化及其与旋转体之间的相互作用,可以进一步理解低雷诺数下旋转体的流场特性。
此外,由于低雷诺数下流动的相对稳定性,可以进行近似处理,减少计算复杂度。
其中一种常用的近似方法是边界层近似,即假设离旋转体的距离较远的区域流动与旋转体无关,仅考虑旋转体周围的边界层内的流动,简化了问题的复杂性。
此外,流场中的湍流也是低雷诺数下旋转体的重要考虑因素之一。
湍流是流体流动中产生的不规则涡旋运动,对流场分析具有很大的挑战。
在低雷诺数下,湍流主要通过模拟方法进行处理,例如运用雷诺平均的湍流模型或直接进行大涡模拟。
最后,在进行低雷诺数下旋转体流场分析时,我们可以利用数值模拟方法,如计算流体力学(CFD),通过求解相关的控制方程得出流场分布。
通过合适的网格划分和边界条件的设定,可以得到准确且可靠的数值模拟结果,并进一步分析流场特性。
综上所述,低雷诺数下旋转体的流场分析是研究旋转体在流体中运动时流动特性的重要内容。
低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展
低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展邹正平;叶建;刘火星;李维;杨琳;冯涛【期刊名称】《力学进展》【年(卷),期】2007(37)4【摘要】随着高空无人飞行器研究的不断升温,高空低雷诺数条件下动力装置的研究越来越受到人们的重视.结合近年来国内外相关领域的研究工作,对低雷诺数低压涡轮内部复杂流动机理的研究进展进行了介绍.包括低雷诺数情况下低压涡轮内部非定常流动的特点,叶片边界层分离及转捩现象机理,上游周期性尾迹与下游叶片边界层相互作用机理等.在此基础上给出了适合低雷诺数条件的低压涡轮气动设计方法:尾迹通过与边界层的相互作用,能够抑制分离,进而减小叶型损失,在气动设计中有效引入非定常效应可以大幅度提高低压涡轮的气动负荷或降低气动损失,最终达到提高性能的目的;数值及实验结果验证了这种设计方法的有效性.【总页数】12页(P551-562)【作者】邹正平;叶建;刘火星;李维;杨琳;冯涛【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,航空发动机气动热力重点实验室,航空发动机数值仿真研究中心,北京,100083;北京航空航天大学能源与动力工程学院,航空发动机气动热力重点实验室,航空发动机数值仿真研究中心,北京,100083;北京航空航天大学能源与动力工程学院,航空发动机气动热力重点实验室,航空发动机数值仿真研究中心,北京,100083;中国航空动力机械研究所,株洲,412002;北京航空航天大学能源与动力工程学院,航空发动机气动热力重点实验室,航空发动机数值仿真研究中心,北京,100083;北京航空航天大学能源与动力工程学院,航空发动机气动热力重点实验室,航空发动机数值仿真研究中心,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TH12【相关文献】1.大涵道比发动机多级低压涡轮气动设计 [J], 陈云;王雷;王刚2.大涵道比涡扇发动机涡轮内部流动机理及气动设计技术研究发展 [J], 邹正平;周琨;王鹏;綦蕾;张伟昊;姚李超;邵飞3.单级低压涡轮气动设计方法研究 [J], 张培;楚武利;吴艳辉;张扬4.低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索 [J], 李维;邹正平5.低雷诺数条件下低压涡轮气动设计 [J], 杨琳;刘火星;邹正平;李维因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
高空低雷诺数对压气机性能的影响
高空低雷诺数对压气机性能的影响引言:压气机是航空发动机三大核心部件之一,技术含量高,难度大,常成为阻碍研制成功的关键;压气机的作用是将来自涡轮的能量传递给外界的空气,提高压力后送到燃烧室参与燃烧。
因为外界空气的单位体积的含氧量太低,远小于燃烧室内的燃油充分燃烧所需的含氧量,如果外界空气不经过压缩,那么发动机的热力循环效率就太低了。
在航空涡轮发动机上使用的压气机按其结构和工作原理可以分为两大类,一类是离心式压气机,一类是轴流式压气机。
离心式压气机的外形就像是一个钝角的扁圆锥体由于其迎风面积过大,现在已经不再主流航空涡喷涡扇发动机使用了,仅在涡轴发动机中有些运用。
轴流压气机具有体积小,流量大,效率高的优点,成为现代航空发动机的首选。
压气机的主要性能参数包括效率,增压比和喘振裕度。
雷诺数Re是衡量流体粘性对航空发动机增压及涡轮部件性能影响的重要准则之一。
通常,当发动机进口雷诺数大于某一临界值时,增压部件的工作性能不受影响;而当雷诺数低于该值时,雷诺数对风扇/压气机的负面影响将逐渐显现出来,并使发动机的工作环境不断恶化,这也就是所谓的低雷诺数效应。
高空无人侦察机和无人作战飞机的出现与广泛应用【1】,引起了航空武器装备的又一次革命。
就动力而言。
这类飞行器与常规载人飞行器的显著区别之一是:在高空巡航状态下,其压气机和涡轮的工作雷诺数可降至410量级。
高空、低速、小尺寸所带来的低雷诺数效应。
使其发动机核心部件的性能急剧下降,导致发动机推力下降、耗油率增大,进而影响飞行器巡航留空时间、有效载荷等指标。
随着雷诺数因高度的增加而降低, 压气机稳定性下降, 使得喘振和旋转失速对高空低雷诺数下工作的航空发动机的危害尤为突出高空、低速、低雷诺数对发动机部件的性能及稳定性有极大影响。
在高空, 由于空气密度小、运动黏性系数大, 造成低雷诺数条件, 导致磨擦阻力增大、气流损失增大, 从而影响风扇/ 压气机性能。
雷诺数低于临界值造成附面层转捩推迟, 而层流附面层比湍流附面层更容易分离, 也影响了风扇/ 压气机稳定性能美国“全球鹰”无人机动力AE3007H在19800 m高空巡航时,低压涡轮部件效率下降6%,同样PW545发动机高空效率也降低,这些都与核心部件的工作雷诺数降低相关。
低雷诺数下湍流流动特性的数值模拟与分析
低雷诺数下湍流流动特性的数值模拟与分析湍流流动是一种非常常见且复杂的流动形式,在许多工程和自然现象中都广泛存在。
要准确地预测和理解湍流流动的行为,数值模拟成为一种重要的工具。
低雷诺数下湍流流动是指雷诺数比较小的条件下的湍流流动,这种情况下流体的惯性效应较小,粘性效应较为显著。
为了进行低雷诺数下湍流流动的数值模拟与分析,我们首先需要确定适合的数值方法和数值模型。
对于湍流流动,常见的数值方法有直接数值模拟(DNS)、大涡模拟(LES)和雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)等。
在低雷诺数下,直接数值模拟是可行的,因为湍流的时间和空间尺度都可以在计算范围内详细地解析。
直接数值模拟适用于小尺度问题,但计算成本较高。
另一种方法是大涡模拟,通过模拟和解析大尺度涡旋的运动,较小尺度的湍流结构可通过子网格模型估计。
而雷诺平均纳维-斯托克斯方程则通过对湍流场进行平均处理来降低计算成本,但模型的准确性可能会受到影响。
在数值模拟时,我们需要选择合适的数值网格,以确保计算结果的准确性和稳定性。
一般来说,较小尺度的湍流结构需要更细的网格进行模拟,以充分捕捉湍流的细节。
在低雷诺数下,流场的影响范围相对较小,可以使用结构化网格或非结构化网格,具体选择要根据具体问题而定。
另外,数值模拟过程中还需要考虑湍流模型的选择。
湍流模型是描述湍流流动中的粘性损失和湍流的传输特性的数学模型。
常见的湍流模型有充分发展的k-ε模型、k-ω模型和雷诺应力输运模型等。
对于低雷诺数下的湍流流动,应特别注意选择适合较低雷诺数下流动的湍流模型,以准确描述其中的复杂性。
在进行数值模拟时,我们需要设定适当的边界条件和初始条件。
边界条件是指在流场的边界上给定的速度、压力和温度等参数,初始条件是指在初始时刻给定的流场状态。
边界条件和初始条件的设定应基于实际问题,并尽可能准确地反映真实流动情况。
完成数值模拟后,我们需要对模拟结果进行分析。
可以从时间和空间尺度、速度和压力分布、湍流能量谱等方面对湍流流动进行分析。
低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索_李维
低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索*李维1,2,邹正平3(11中国科学院工程热物理所,北京100080;21中国航空动力机械研究所,湖南株州412002;31北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100083)摘要:为了探索高空低雷诺数情况下高性能低压涡轮部件的气动设计思路和设计方法,通过采用高负荷、大弦长的叶片设计和选择恰当的叶片表面速度分布形式设计了一台新低压涡轮。
三维粘性数值模拟的结果显示新低压涡轮效率在高空低雷诺数情况下比设计点下降213个百分点。
设计结果表明提高涡轮工作雷诺数和降低涡轮性能对雷诺数变化的敏感程度是低雷诺数环境下高性能涡轮气动设计的关键。
关键词:低雷诺数;涡轮部件;气动设计;低压中图分类号:V23113文献标识码:A文章编号:1001-4055(2004)03-0219-05Investigation of aerodynamic design of low pressure turbineat low reynolds number conditionsLI Wei1,2,ZOU Zheng-ping3(11Ins t.of Engineering Thermophysics,Academia Sinica,Beijing100080,China;21Chinese Aviation Powerplan t Research Inst.,Zhuzhou412002,China;31School of Jet Propulsion,Beihang Univ.of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,Chi na)Abstract:To investigate the aerodynamic design ideas and concrete methods of high performance Low Pressure Turbine(LPT) at low Reynolds number condi tion,a new LPT of high load,large chord and proper veloci ty distribution was desi gned.The results of 3D viscous numerical si mulation show that the efficiency of new LPT decreases213percent under the low Reynolds number condition, which was compared with that of design point.The results show that increase of flow Reynolds number and decrease of sensitivi ty of turbine performance to Reynolds number are two key technolog ies to aerodynamic design of high performance LPT.Key words:Low Reynolds number;Turbine part;Aerodynamic design;Low pressure1引言在低雷诺数环境中,如高空巡航无人机的发动机中,涡轮内部流动结构与叶片表面边界层的发展与常规情况大不相同,常规设计的涡轮部件在低雷诺数条件下工作时效率急剧下降,成为发动机巡航效率下降的主要原因。
机翼低雷诺数流动的数值模拟
下, 不 稳定 的大 尺度 层 流结构 控制 了低 雷诺 数 分离 泡
的再 附 , 而 湍流 仅 起 着 次要 作 用 J , 所 以本 文 选 用 层 流模 型进行 数 值模 拟 , 通过 和试验 对 比证 明层 流模 型
基本 满足 要求 。
。
微 型 飞行器 受到 尺寸 和飞行 速度 的限制 , 其飞行
1 计 算 条 件和 方 法
在低 速 流动 时 , 时 间相关 法 由于存 在很 强 的 刚性
雷 诺数 比较低 ( 1 0 2 一l O s ) 。雷 诺 数 的降 低 , 其 空 气 动 力学特 性 急 剧下 降 3; 雷诺 数 为 l 0 5 附近 , 翼 型 的 升 阻 比有一 个 突变 。通过对 翼型 的实 验研 究 , 低 雷诺 数 翼型 存在 非定 常 、 非 线性 现象 ; 当迎 角循 环变 化时 , 其 力 系数还 会 出现滞 迟效应 L 4 . 5 J 。
压缩 性 可 以忽略 , 而 刚性 问题 可将方 程转 化 成不 可 压 方程 得 到解 决 , 计 算不 可 压流 动主要 有 涡—— 流 函数 法和 S I MP E 方法 系列 ;考 虑 到 时 间 因 素 , L 本 论 文 采 用 S I MP E 方 法 系列 中的 P L I S O [ m ] 算法 , 此 方 法在 每 一 步迭 代过 程增 加 了动 量 校 正 , 能 减 少 过 渡 阶 段 的 时
问题 , 会 出现 收敛 速度 下 降、 精度 比较 低 的现 象 ; 目前
航空发动机内部流场特性的数值模拟研究
航空发动机内部流场特性的数值模拟研究随着航空业的不断发展,需要越来越高效、可靠、环保的航空发动机。
而发现和优化航空发动机内部流场特性,是科研和工业界一直以来关注的热点领域之一。
因此,利用数值模拟技术,对航空发动机内部流场特性进行研究,具有很大的科学和实际意义。
一、航空发动机内部流场特性的数值模拟简介航空发动机内部流场特性的数值模拟,是运用计算机数值方法,通过对流动场物理规律的描述,对航空发动机内部流场的流速、流向、流量、温度等特性进行模拟和预测,并进行流场分析和优化。
将航空发动机内部流场的物理问题化为数学问题,在计算机上建立流场模型,通过数值计算方法求解研究对象的流场分布和参数变化规律。
可以大幅度降低研究成本和时间,同时,也可以有效地探究难以用实验获得的数据。
二、航空发动机内部流场特征参数航空发动机内部流场特征参数包括:速度、压力、温度、密度等。
其中,速度是最重要的特征参数。
其次,压力是控制推力的重要参数。
温度是对机身材料和部件寿命的考验。
而密度则与燃烧反应有关。
在航空发动机内部流场模拟中,速度和温度是刻画流场的两个基本特征参数。
它们的变化规律和大小,决定了航空发动机的工作状态。
三、数值模拟技术在航空发动机内部流场研究中的应用数值模拟技术在航空发动机内部流场研究中具有广泛应用。
主要可以分为以下几个方面:1.流场分析与评价:在航空发动机设计和制造之前,利用数值模拟技术对发动机的内部流场进行分析和评价,以便更好地了解机体内的气流情况,优化内部结构和参数。
2.优化设计方案:基于对数值模拟结果的分析,根据不同的设计要求和目标,对航空发动机内部构造进行优化,提高其性能和稳定性。
3.性能评估和检验:利用数值模拟技术对航空发动机在不同位置和运行状态的流场进行模拟和预测,评估其性能并检验设计方案的合理性。
4.仿真验证和验证实验:利用数值模拟结果进行验证实验或者是对某个部分进行仿真验证,辅助对设计方案进行调整或者改进。
低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索
低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索摘要:本研究旨在探索低雷诺数环境中的低压涡轮部件的气动设计,以改善低雷诺数发动机性能。
使用基于计算流体动力学(CFD)软件的多孔介质流动模型,进行一系列计算仿真,以验证涡轮叶片配置和尾面形状对涡轮性能的影响。
研究表明,采用后向叶片的涡轮能够获得最佳的效果。
结果表明,在低雷诺数中,涡轮叶片配置和尾面形状是关键因素,可以显着提高低雷诺数发动机的性能。
关键词:低雷诺数、涡轮、叶片配置、尾面形状、CFD仿真正文:随着航空交通的快速发展,低雷诺数(LN)发动机技术就显得尤为重要。
然而,LN发动机存在一定的气动效率低下的问题,越来越多的研究工作致力于改善低雷诺数发动机的性能。
其中,涡轮叶片的气动设计是低雷诺数飞机发动机性能改善的重要因素之一。
因此,本研究旨在探索低雷诺数环境中的低压涡轮部件的气动设计,以改善低雷诺数发动机性能。
为了验证涡轮叶片配置和尾面形状对涡轮性能的影响,使用基于计算流体动力学(CFD)软件的多孔介质流动模型,进行一系列计算仿真。
研究表明,采用后向叶片的涡轮能够获得最佳的效果。
结果表明,在低雷诺数中,涡轮叶片配置和尾面形状是关键因素,可以显着提高低雷诺数发动机的性能。
最后,本文还为以后的研究提供了参考依据,以促进涡轮叶片的气动设计的发展。
应用低雷诺数发动机技术是目前航空交通发展的一个重要方面,因此对于提升低雷诺数发动机性能尤为重要。
对低雷诺数发动机技术的应用要求开发者充分考虑涡轮叶片的气动设计。
这就是本文探索低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计的原因。
首先,通过使用基于CFD(计算流体动力学)的多孔介质流动模型,对不同的涡轮叶片配置和尾面形状进行了计算仿真,验证了它们对涡轮性能的影响。
研究发现,采用后向叶片的涡轮可以获得最佳的效果。
其次,本研究还提供了可以改善低雷诺数发动机性能的有效方法。
根据研究结果表明,涡轮叶片配置和尾面形状是改善低雷诺数发动机性能的关键因素之一,因此开发者在实际应用时应该重视这一重要因素。
《燃气涡轮试验与研究》2010年1~4期总目次
枞树形 榫连 结构接 触应 力 的有限元 分析及 建模 研究 …… …… ……… …… …… …… 魏 大盛 , 延 荣 (—5 王 2 ) 核心机 派生 匹配性 能模 型及 其应用 …… …… ……… …… …… ……… …… …… …… 欧 阳辉 ,朱之 丽 (— 0 2 1)
基 于 R F网 络 辨 识 的航 空 发 动 机 模 糊 神 经 网 络 解 耦 控 制 B
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
… … … … … … … … … … … … … … … … …
吴 勇 ,王
超, 唐 奇 ,翟旭升 , 卓广 苗
G re uny襟翼 对翼 型流 场影 响的数值 模拟 及研 究 ……… …… …… …… …… 周 铮 , 正 中 ,申振 华 孙 基于 U G的压气 机叶 片参 数 化设计 方法研 究 … ……… …… …… ……… … 刘宁致 .陈彦初 , 胡雅 骥
结 冰 对 翼 型 流 场 影 响 的 研 究 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 王 治 国 ,杨 军 , 德 仓 (- 1 娄 13)
航空 发动机 高空模 拟试 验进 气压力 复合 控制研 究
…… 赵 涌 , 敏 杰 ,黄振 南 ,张 侯
松 ,彭 炬 (- 7 13)
航空 发动机 管路 流 固耦 合 固有频率 计算 与分析 …… …… …… ……… …… …… …… 杨 莹 ,陈志英 (- 2 14)
某型 航空发 动机油 气分 离器 内两相 流 动数值模 拟 . . …… …… …… ……… ・ 贾春 强 , 让 书 ,马前容 (- 7 徐 14) 附 面层抽 吸对低雷 诺数 下压 气机稳 定性 的影 响 …… …… ……… …… …… 王如根 ,周 敏 , 钦斌 ( — 1 夏 2 )
雷诺数对高负荷低速涡轮性能影响的试验研究
收稿日期:2023-02-25基金项目:国家科技重大专项(J2019 Ⅱ 0012 0032)引用格式:张天龙,陈强,赵展,等.雷诺数对高负荷低速涡轮性能影响的试验研究[J].测控技术,2024,43(2):74-79.ZHAOTL,CHENQ,ZHAOZ,etal.ExperimentalStudyontheEffectofReynoldsNumberonthePerformanceofHigh LoadLow SpeedTurbines[J].Measurement&ControlTechnology,2024,43(2):74-79.雷诺数对高负荷低速涡轮性能影响的试验研究张天龙1,陈 强1,赵 展1,蒋首民1,2,丁 健1,张 凯1(1.中国航发沈阳发动机研究所叶轮机试验研究室,辽宁沈阳 110015;2.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049)摘要:为了研究雷诺数对高负荷低压低速涡轮性能的影响规律,以某双级高负荷低压低速涡轮为研究对象,在涡轮部件试验器上开展了变雷诺数试验研究。
控制其他相似参数保持一致,通过来流节流、出口引射的方式改变涡轮内雷诺数水平。
共采集了6个雷诺数状态下的气动参数,分析了雷诺数对涡轮总特性及测量截面流场参数的变化规律。
结果表明,该涡轮效率随着雷诺数的降低而显著降低,研究雷诺数范围内,效率降低了2.8%;在低雷诺数下,第二级导叶通道涡、尾缘涡等涡系尺度及强度均发展壮大,气动损失增加;第二级动叶轮周功减小,做功能力损失6.3%。
关键词:雷诺数;低速涡轮;试验;气动性能中图分类号:V211 7 文献标志码:A 文章编号:1000-8829(2024)02-0074-06doi:10.19708/j.ckjs.2023.11.263ExperimentalStudyontheEffectofReynoldsNumberonthePerformanceofHigh LoadLow SpeedTurbinesZHANGTianlong1牞CHENQiang1牞ZHAOZhan1牞JIANGShoumin1牞2 牞DINGJian1牞ZHANGKai1牗1.DepartmentofTurbomachineryTest牞AECCShenyangEngineResearchInstitute牞Shengyang110015牞China牷2.CollegeofEnergyandPowerEngineering牞Xi anJiaotongUniversity牞Xi an710049牞China牘Abstract牶InordertostudytheinfluenceofReynoldsnumberontheperformanceofahigh loadlow pressurelow speedturbine牞avariableReynoldsnumbertestisconductedonaturbinecomponenttesterusingatwo stagehigh loadlow pressurelow speedturbineastheresearchobject.Bycontrollingothersimilarparameterstomaintainconsistency牞theReynoldsnumberlevelinsidetheturbinecanbechangedthroughinflowthrottlingandoutletinjection.AerodynamicparametersarecollectedatsixdifferentReynoldsnumberstates牞andthevar iationofReynoldsnumberontheoverallcharacteristicsoftheturbineandthemeasuredcross sectionalflowfieldparametersareanalyzed.TheresultsshowthattheefficiencyoftheturbinesignificantlydecreaseswiththedecreaseofReynoldsnumber牞andwithintherangeofstudiedReynoldsnumber牞theefficiencydecreasesby2 8%.AtlowReynoldsnumbers牞thescaleandintensityofvorticessuchasthesecondstagestatorpassagevortexandtrailingedgevortexdevelopstronger牞leadingtoanincreaseinaerodynamicloss.Thecircumferentialpowerofthesecondstagerotordecreases牞resultingina6.3%lossofpowergenerationcapacity.Keywords牶Reynoldsnumber牷low speedturbine牷experiment牷aerodynamicperformance 低压涡轮减重是提升军用发动机推重比、民用发动机经济性的有效途径之一。
低雷诺数圆管突扩流场的数值模拟及阻力特性分析
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- 2 -1.2 本课题研究的目的与意义工程中管道流动的雷诺数都非常大,实验测量发现,当雷诺数足够大时,均直圆管内流动进入完全粗糙区,或称阻力平方区,此时的摩擦阻力系数与雷诺数无关,而流体流过局部管件的情形与此类似,绝大多数情况下,局部损失系数与雷诺数无关,仅由不同管件的几何形状、尺寸所决定,通常是通过实验测定确定其大小。
然而在20世纪末到21世纪以来,随着现代科学技术的不断发展,新兴的科技领域导致了流体力学的研究对象更加复杂化,流体力学的研究尺度逐渐从宏观领域发展到了微观领域,并渗透到了生物学、医学、电子科学等各个方面。
这时,之前应用于解决工程问题的结果在微观领域的应用就受到了一定的限制,如在雷诺数很低的流动下,粘性力的影响逐渐增强,局部阻力系数必然会受到雷诺数的影响,而受到实验条件的限制,加之实验数据本身比较离散,于是实验测定的结果通常会存在一定的误差。
然而,数学的发展,计算机的不断进步,计算流体力学的形成,使许多原来无法进行试验观测以及无法用理论分析求解的流体力学问题有了求得数值解的可能性。
而且,在低雷诺数时,通过数值模拟的方法可以模拟出常规的雷诺数理论不能预测出来的小涡。
因此,利用计算机进行数值模拟,就可以获得低雷诺数流体流经变截面通道时流场的全部信息,据此就可以分析此时流动的阻力特性,这即成为本课题研究的目的之所在。
为了研究低雷诺数时的局部阻力特性,就必须从界定此类问题的特定参数雷诺数出发对此问题进行分析,从无量纲雷诺数/Re uD ρμ=的表达式中,我们可以看到,雷诺数的大小是和三个物理量密切相关的,流体的运动粘性系数、管道的特征长度(在研究管道问题时通常指当量直径)及管道中流体的流速。
于是,根据这三个量的不同可从不同角度对低雷诺数流动进行划分:一方面是一些黏性系数很大的流体在管道中的流动。
正如McNaughton 和Sinclair(1966),Tadmor 和Gogos(1979)以及Boger(1981)所研究的,比如润滑油、甘油等在管道中的输送等,玻璃的融化过程,聚合物的处理等通常都表现为层流。
低雷诺数圆管突扩流场数值模拟及阻力特性分析
Candi date : Supervi so r:
Zhang Bei Prof. Wu Yuebin
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speci ali ty: Affi li ation:
Fluid Mechanics School of Municipal and
In literatures, some information is presented about local loss coefficients of laminar flow through sudden enlargement, but they are limited to the only case of a uniform inlet velocity profile. In this thesis, numerical simulation of the laminar flow has been carried out at enlargement ratios E=1.5, 2, 3, 4 and 5 for Reynolds numbers below 200. And local loss coefficients have been analyzed. Then the laminar flow of a Newtonian fluid in axisymmetric sudden enlargement is studied by solving the Navier-Stokes equation using the finite volume method. The SIMPLER algorithm has been implemented with Fortran 90. The results of the numerical analysis have been quantified in terms of the reattachment length and compared with available experimental data in literatures. Good agreement is found. So the comparisons deem sufficiently validate all aspects of the calculation procedure and convince us its capacity to analyze the local loss coefficient with these simulation results.
雷诺数对航空燃气涡轮流动及性能影响的研究进展_高丽敏大作业
雷诺数对航空燃气涡轮流动及性能影响的研究进展小明2014123456 西北工业大学动力与能源学院摘要随着航空发动机工作范围的不断扩大,考虑其进口条件变化对发动机内部流动及性能的影响非常必要。
国内外众多相关试验和计算表明,雷诺数对发动机性能的影响越来越重要。
本文就半个世纪以来研究雷诺数对航空燃气涡轮发动机影响的实验和数值模拟进行了评述,根据作者掌握的文献,着重在以下三个方面展开综述:雷诺数对航空发动机总体性能的影响、雷诺数对压气机特性和内部流场的影响以及低雷诺数下涡轮性能的研究。
文中分别阐述了国内外学者在上述几个方面的主要成果,并进一步指出了当前探索雷诺数效应的不足及未来的研究方向。
关键词雷诺数,航空燃气涡轮发动机,研究进展,内部流动1 引言雷诺数Re是衡量流体粘性对航空发动机增压及涡轮部件性能影响的重要准则之一。
一般来说,当涡轮喷气或涡轮风扇发动机进口气流的雷诺数Re大于某一临界值时,雷诺数对发动机各部件(包括风扇、压气机和涡轮)的影响可以忽略,因此增压部件的流量、压比和效率也将基本不受雷诺数变化的影响;但当发动机进口雷诺数小于此临界值时,雷诺数的变化对各部件的影响逐步显现,并对发动机各性能参数均带来直接影响。
用于衡量雷诺数效应影响的临界值被称为临界雷诺数,而雷诺数的变化对发动机各部件工作性能的影响也被称为低雷诺数效应[1]。
随着飞机飞行高度升高,入口气流的压力和密度均显著降低,由由表1中各数据可见,相对于海平面,20km高空的大气压力仅为标准大气压力的5.46%,使得表征叶轮机雷诺数的叶弦雷诺数大大降低,流场特征也会偏离设计状态,可能会使发动机的工作性能严重恶化。
不同的发动机流道和叶型设计具有不同的临界雷诺数(一般临界雷诺数的量级为左右),且雷诺数效应对不同型号发动机的影响程度和方式也不尽相同。
表1 不同海拔高度大气物理性能变化[2]图1-1是某型涡轮风扇发动机在正常条件下各个部件的雷诺数,可以明显的看到,低压涡轮的工作雷诺数处以整个发动机的最低水平[3],压气机的工作雷诺数也不太高。
低雷诺数效应 湍流模型
低雷诺数效应湍流模型
低雷诺数效应是指在流体中,当雷诺数较小时,流体的运动行为会发生显著变化的现象。
在低雷诺数下,流体的惯性作用相对较小,黏性作用相对较大,因此流体的运动更加稳定和有序。
湍流模型是一种用于描述湍流运动的数学模型。
在低雷诺数下,湍流现象几乎消失,流体运动呈现出较为规则的层流状态。
这种状态下,流体的速度分布呈现出平稳的剖面,流线也相对平直。
由于惯性作用较小,流体分子之间的相互作用更加明显,使得流体的运动变得更加可预测和稳定。
低雷诺数效应和湍流模型在实际应用中具有重要意义。
在工程领域,低雷诺数效应的研究可以帮助我们更好地理解流体运动的规律,从而设计出更加高效的流体系统。
例如,在飞机设计中,对低雷诺数效应的研究可以优化飞机的气动性能,提高其操纵性和燃油利用率。
在能源领域,湍流模型的研究可以帮助我们更好地理解流体在管道中的运动,从而优化管道的设计和布局,提高能源传输效率。
低雷诺数效应和湍流模型是流体力学领域中的重要研究内容。
通过深入研究和理解这些现象,我们可以更好地应用于实际工程和科学问题中,提高流体系统的性能和效率。
我们应该继续努力研究和探索,不断拓展我们对流体力学的认识和应用。
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A S转捩 模型 的 S aatA l aa 湍 流模 型 , G p lr l rs — m 以考 虑 附 面层 转 捩对 涡 轮 性 能 的影 响 [ 2 ] 算 网 格采 用 可 。计 视 化 I GAU O RD网格 生成程பைடு நூலகம்序 生成 。为 获得较 G/ TG 好 的 网格 质 量 .在转 子 叶 片 通 道 中采 用 了 H— H O— 型结 构化 网格 . 周 向 、 向和轴 向的 网格节 点数 为 沿 径
拟 。分 析 了雷 诺数 下 降 对 涡轮 内部 流 场 特性 的 影 响 , 讨 了雷 诺 数下 降对 涡轮 气 动性 能 的影 响 特点 。计算 结 果 表 明 。 诺 探 雷
数 下 降使 涡轮 转子 叶 片 吸力 面 附面 层显 著 增 厚 , 叶片 尾缘 气 流 局部 分 离 , 并进 而严 重 影 响 涡轮 的气 动 性 能和 稳定 性 。
Ab t a t T e n me c lsmu a in f r i n rf w f l fa t r i e r t ra o y od u e a s r c : h u r a i l t o n e o i d o u b n o o tl w Re n l s n mb r w s i o l e ma e y sn h p lr — l r s t r u e c d l i t g a e w t d b u i g t e S a a t Al ma a u b l n e mo e n e r td i AGS ta st n mo e . T e h rnio d1 i h i f e c s o h y od u e e r me t o h u b n o ed a d t r i e p ro ma c e e n u n e f t e Re n l s n mb r d c e n n t e t r i e f w f l n u b n ef r n e w r l l i a ay e . T e r s l h w t a h h c n s f t e b u d r a e n t e b a e s ci n s r c s n lz d h e u t s o h t t e t i k e s o h o n a y ly r o h l d u t u f e i s o a r ma k b y i c e s d a d f w s p r t n a p a s a l d r i d e t h y o d u e e r me t e r a l n r a e n o e a ai p e r tb a e tal u o t e Re n l s n mb r d c e n . l o T u h e f r n e a d sa i t ft e t r i e a e s ro sy i f e c d h s t e p r ma c n tb l y o h u b n r e iu l n u n e . o i l Ke r s u b n o o ; w Re n l sn mb r t r u e c d l p ro a c y wo d :t r i e r t r l y od u e ;u b l n e mo e ; e fr n e o m
到重 视 。 满 足高 空长 时 间巡航 的要 求 , 飞机本 身 要 除
的 气 动 外 形 需要 针 对 高 空 飞 行 特 点 进 行 优 化 设 计 外 ,保证 动力 装置 在 高空 低速 飞行 条件 下具 有 良好
离散 采 用 四 阶龙 格一 库塔 法 .并 采 用 隐 式 残差 光顺
1 引 言
随着 高 空飞行 器 应用 的 1 3益广 泛 .对 高空低 雷
诺数 条件 飞行 下 的发 动机 各部 件特 性研 究 越来 越受
转子 叶片 排 为研 究 对象 进 行 了三 维 流场 数 值模 拟 。
采用 时 间追赶 的有 限体积 法求 解 三维定 常 的粘性 雷 诺 时均 N S方 程 。空 间 离散 采 用 中心 差 分法 , — 时间
关 键 词 : 轮 转 子 ; 雷 诺 数 ; 流模 型 ; 能 涡 低 湍 性
中 图分 类 号 : 2 1 V 3. 3 文 献标 识 码 : A 文章 编 号 :1 7 — 6 0 (0 0 3 0 0 — 5 6 2 2 2 2 1 )0 — 0 5 0
N u e i a n si a i n n Tu bi t r I ne o Fil m r c lI ve tg to o r ne Ro o n rFl w ed
a w y o d mb r tLo Re n l sNu e
WA G R —e , I n , E G Ln - n N ugn L g Z N igj Yo u
(n ie r gistt, i F reE g er gU ies y X ’n7 0 3 ,C ia E gn ei tue A r oc n i e n nvri , ia 1 0 8 hn ) n ni n i t
第2 3卷 第 3期
21 0 0年 8月
燃 气 涡 轮试 验 与 研 究
Ga u b n p r n n s a c s T r i e Ex e i me ta d Re e r h
Vo .3 No3 1 , . 2 Au . 0 0 g. 1 2 5
摘
要: 采用 加 入 A S转 捩模 型 的 S aat l rs 流 模 型对 低 雷诺 数条 件 下某 涡轮 转子 内部 流场 特性 进 行 了数 值 模 G plr A l a 湍 - ma