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脉冲爆震发动机进气道气动性能的数值研究 被引量:6
1
作者 王丁喜 严传俊 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期777-782,共6页
采用有限体积法计算了脉冲爆震发动机某轴对称超音速进气道在3种不同出口条件(单个正弦扰动压力、某脉冲爆震发动机爆震室头部表压和进气道出口堵塞)下的进气道内结尾正激波的运动情况,得出了进气道内结尾正激波运动特性和不同出口条件... 采用有限体积法计算了脉冲爆震发动机某轴对称超音速进气道在3种不同出口条件(单个正弦扰动压力、某脉冲爆震发动机爆震室头部表压和进气道出口堵塞)下的进气道内结尾正激波的运动情况,得出了进气道内结尾正激波运动特性和不同出口条件的关系.在计算中,采用了多块结构化网格,控制体积的界面无黏通量采用三阶迎风格式插值获得,同时采用了minmod通量限制器以确保在激波处的解的物理特性;扩散通量采用二阶中心差分格式插值获得.定常计算采用当地时间步法,非定常计算采用双时间步法.离散的代数方程采用交替方向迭代法求解. 展开更多
关键词 脉冲爆震发动机 超音速进气道 结尾正激波 扰动压力 多块结构化网格
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爆震燃烧波在管内传播过程的二维数值模拟 被引量:5
2
作者 王丁喜 严传俊 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2006年第4期461-464,475,共5页
采用三阶TVD迎风格式和Strang-sp litting算子分裂法,对氢氧混合物爆震燃烧进行了二维数值计算;获得了爆震燃烧流场的清晰、独特和规则的三波结构;分析了三波结构的构成和成因以及爆震燃烧直接起爆后由强爆震燃烧波衰减为稳定自持的爆... 采用三阶TVD迎风格式和Strang-sp litting算子分裂法,对氢氧混合物爆震燃烧进行了二维数值计算;获得了爆震燃烧流场的清晰、独特和规则的三波结构;分析了三波结构的构成和成因以及爆震燃烧直接起爆后由强爆震燃烧波衰减为稳定自持的爆震燃烧波的过程。 展开更多
关键词 爆震燃烧 三波点 马赫杆 入射激波 横波
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基于高效特征值分析方法的旋转失速先兆预测
3
作者 徐慎忍 何晨 +4 位作者 孙大坤 袁蔡嘉 曹东明 赵家资 王丁喜 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期93-106,共14页
旋转失速限制了压气机稳定工作的范围,对其进行深入理解并实现准确预测是控制失速、提高裕度的关键。现有模型大多基于一定程度的几何和流动简化,不考虑三维效应及流动复杂性,直接应用于三维压气机失速预测时仍面临巨大挑战。同时,尽管... 旋转失速限制了压气机稳定工作的范围,对其进行深入理解并实现准确预测是控制失速、提高裕度的关键。现有模型大多基于一定程度的几何和流动简化,不考虑三维效应及流动复杂性,直接应用于三维压气机失速预测时仍面临巨大挑战。同时,尽管试验测量和模拟仿真水平不断提高,试验和数值模拟多为唯象研究,缺乏对压气机流动失稳根本原因的揭示。此外,由于三维复杂流动精细化测量和高保真模拟的复杂性,大多数失速研究针对某一压气机若干孤立工况开展,缺乏系统的参数化研究,难以提炼出旋转失速关键影响因素。为弥补试验测试空间分辨率低和非定常流动模拟成本高的缺陷,提出了一种基于三维流动方程高效特征值求解的全局稳定性分析方法。一方面可以获得试验测量难以达到的空间分辨率,另一方面能够以比非定常模拟小2~3个量级的成本获得丰富的三维流场小扰动发展过程。针对某典型跨声速压气机环形叶栅,所发展的分析方法计算成本仅为定常特性线计算的28%,相比于非定常计算实现了约155倍的加速,为压气机旋转失速准确快速预测和机理研究提供了重要的研究工具。 展开更多
关键词 稳定性分析 特征值方法 压气机 旋转失速 模态波
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“定黏假设”对伴随系统求解和梯度精度影响 被引量:1
4
作者 吴航空 王丁喜 +1 位作者 黄秀全 徐慎忍 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期205-221,共17页
“定黏假设”的引入能简化伴随方程的推导及流场求解器的子程序微分过程,但同时会引起灵敏度计算误差,有时甚至导致求解的不稳定性。为了探讨层流和湍流黏性系数对伴随灵敏度计算精度的影响程度,分别研究了3种不同定黏方法:冻结层流黏... “定黏假设”的引入能简化伴随方程的推导及流场求解器的子程序微分过程,但同时会引起灵敏度计算误差,有时甚至导致求解的不稳定性。为了探讨层流和湍流黏性系数对伴随灵敏度计算精度的影响程度,分别研究了3种不同定黏方法:冻结层流黏性系数方法(FLV),冻结湍流黏性系数方法(FEV)和同时冻结层流及湍流黏性系数方法(FLEV)。首先基于代数形式的主方程和目标函数详细推导了完全湍流及3种不同定黏方法所对应的伴随方程;然后介绍如何利用自动微分软件开发相应离散伴随求解器并给出流程图;最后以跨声速NASA Rotor 67为研究对象,通过与线化求解器和完全湍流伴随求解器的结果进行对比,分析研究不同工况(最高效率点及近失速点)下“定黏假设”方法对离散伴随系统求解稳定性、灵敏度收敛性、灵敏度精度及残差的渐近收敛率的影响。 展开更多
关键词 伴随方法 定黏假设 冻结层流黏性系数方法 冻结湍流黏性系数方法 冻结层流及湍流黏性系数方法 自动微分
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自吸气脉冲爆震发动机超声速进气道气动性能的数值研究
5
作者 王丁喜 严传俊 《飞机设计》 2005年第3期36-40,共5页
采用有限体积法计算了某轴对称超声速进气道,在不同幅度和频率的出口扰动压强下的进气道内结尾正激波的运动情况,得出了进气道内结尾正激波运动特性和扰动压强的频率和幅度的关系。在计算中,本文采用了多块结构化网格,控制体积的界面无... 采用有限体积法计算了某轴对称超声速进气道,在不同幅度和频率的出口扰动压强下的进气道内结尾正激波的运动情况,得出了进气道内结尾正激波运动特性和扰动压强的频率和幅度的关系。在计算中,本文采用了多块结构化网格,控制体积的界面无粘通量采用三阶迎风格式插值获得,同时采用了minmod通量限制器,以确保在激波处的解的物理特性;扩散通量采用二阶中心差分格式插值获得。定常计算采用当地时间步法,非定常计算采用双时间步法。离散的代数方程采用交替方向迭代法求解。 展开更多
关键词 自吸气脉冲爆震发动机 超声速进气道 气动性能 扰动压强 多块结构化网格
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叶轮机气弹耦合方程求解的时间推进方法评估
6
作者 曹琳婷 王丁喜 黄秀全 《航空发动机》 北大核心 2022年第5期94-100,共7页
为了提高叶轮机颤振预测时的计算效率,同时兼顾求解的稳定性,有必要选取最适合的时间推进方法。基于降阶结构动力学方程的双向流固耦合方法常用于压气机气弹性能分析,针对气动弹性控制方程中结构动力学方程考查了多种时间推进方法对计... 为了提高叶轮机颤振预测时的计算效率,同时兼顾求解的稳定性,有必要选取最适合的时间推进方法。基于降阶结构动力学方程的双向流固耦合方法常用于压气机气弹性能分析,针对气动弹性控制方程中结构动力学方程考查了多种时间推进方法对计算结果的影响。通过单自由度弹簧系统的数值求解探讨了不同时间推进方法的特点;选取实际压气机算例NASA Rotor 67进行颤振流固耦合分析,进行大量数值试验找到了各时间推进方法需要的最大时间步长,以此为依据对比出不同时间推进方法的计算效率。结果表明:采用单自由度弹簧系统和压气机颤振耦合求解得出的结论基本一致,说明时间推进方法的性能更多地与方法本身的数学性质有关,但是流固耦合求解时流场和结构的信息交互会带来一定影响。以实际颤振算例叶片瞬态响应振幅的对数衰减率作为衡量精度的标准,经典龙格-库塔方法是颤振耦合计算达到相同精度耗时最少的方法,其次是4阶隐式Adams方法和Newmark方法。 展开更多
关键词 叶轮机 流固耦合 颤振 时域分析 经典龙格-库塔 航空发动机
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基于机器学习的进口导流叶片损失与落后角预测
7
作者 程兰兰 李怡 +1 位作者 黄秀全 王丁喜 《风机技术》 2021年第2期21-28,共8页
准确预测进口导流叶片的损失与落后角对设计优化压气机性能,提升压气机稳定性至关重要。本文使用叶型设计程序与MISES求解器耦合成的计算模型,创建了进口导流叶片样本数据库。通过支持向量回归搭建了损失及落后角代理模型,对比代理模型... 准确预测进口导流叶片的损失与落后角对设计优化压气机性能,提升压气机稳定性至关重要。本文使用叶型设计程序与MISES求解器耦合成的计算模型,创建了进口导流叶片样本数据库。通过支持向量回归搭建了损失及落后角代理模型,对比代理模型预测结果与经验模型计算结果,发现此代理模型能准确预测正反预旋大攻角下进口导流叶片的性能。 展开更多
关键词 进口导流叶片 大攻角 正反预旋 代理模型 损失 落后角
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基于高效高精度离散伴随方法的叶轮机叶片气动优化设计
8
作者 吴航空 王丁喜 黄秀全 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期46-57,共12页
精确的灵敏度信息是开展高效伴随优化设计的关键。首先在课题组自主研发的雷诺平均纳维-斯托克斯方程的基础上,借助源代码转化类型的自动微分软件-Tapenade开发离散伴随求解器。然后着重研究流场求解器收敛特性、伴随求解器收敛特性、... 精确的灵敏度信息是开展高效伴随优化设计的关键。首先在课题组自主研发的雷诺平均纳维-斯托克斯方程的基础上,借助源代码转化类型的自动微分软件-Tapenade开发离散伴随求解器。然后着重研究流场求解器收敛特性、伴随求解器收敛特性、“定黏假设”方法和四种不同灵敏度计算方法对离散伴随灵敏度求解精度的影响,并总结高效高精度灵敏度求解方法的经验,为后续开展高效伴随优化设计奠定基础。最后以跨声速转子NASA Rotor 67为研究对象开展叶轮机气动优化设计,并采用商业软件NUMECA对优化结果进行校核,验证优化结果的可靠性及有效性。 展开更多
关键词 离散伴随 收敛特性 灵敏度计算方法 定黏假设 叶轮机 气动优化设计
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针对叶轮机流场分析的不同Spalart-Allmaras湍流模型评价 被引量:4
9
作者 张倩 黄秀全 王丁喜 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期75-87,共13页
Spalart-Allmaras (SA)湍流模型在Reynolds-Average Navier-Stokes (RANS)方程求解中得到了广泛的应用。针对叶轮机数值模拟,国内外学者提出了很多修正的SA模型,但它们之间的对比少有研究。为此,综述了原始的SA (SA-standard),SA-neg,SA... Spalart-Allmaras (SA)湍流模型在Reynolds-Average Navier-Stokes (RANS)方程求解中得到了广泛的应用。针对叶轮机数值模拟,国内外学者提出了很多修正的SA模型,但它们之间的对比少有研究。为此,综述了原始的SA (SA-standard),SA-neg,SA-Helicity,SA-Ning及SA-R五种不同SA湍流模型。针对NASA Rotor 67和NASA Rotor 37,考察这五种湍流模型对数值计算稳定性的影响及对叶轮机内部流动细节捕捉的能力。研究表明:SA-standard和SA-neg湍流模型计算结果几乎相同;相比于SA-standard湍流模型,SA-Ning湍流模型计算的压比、效率和堵塞流量均较大;SA-R湍流模型模拟的激波/边界层干涉更严重,分离区域更大,计算的压比小,模型修正效果不理想;SA-Helicity湍流模型不仅能极大地提高计算的压比和流量范围,而且能提高计算的稳定性和失速工况下的计算准确性,但计算的堵塞流量和效率较小。 展开更多
关键词 叶轮机 湍流模型 边界层 流场分析 分离 数值模拟
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时间谱方法的扩稳与加速技术研究 被引量:3
10
作者 吴航空 王丁喜 +2 位作者 黄秀全 张威 吴志壕 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1929-1934,共6页
时间谱方法作为目前应用最广泛的频域计算方法,很容易在现有的定常求解器上进行扩展而实现。但是当非定常流组分的频率足够大时,时间谱源项的刚性不仅会影响求解的收敛速度,甚至会引起求解的不稳定性。块雅可比方法通过采用迭代的方法... 时间谱方法作为目前应用最广泛的频域计算方法,很容易在现有的定常求解器上进行扩展而实现。但是当非定常流组分的频率足够大时,时间谱源项的刚性不仅会影响求解的收敛速度,甚至会引起求解的不稳定性。块雅可比方法通过采用迭代的方法对时间谱源项进行隐式处理,不仅能够简化离散方程的隐式求解,也能很好地起到稳定计算结果的作用。同时通过对通量雅可比矩阵的近似LU分解,减少LU分解的复杂度,也可以加快计算收敛。本文将采用不同的算例,研究块雅可比方法及近似LU分解对周期非定常流时间谱计算的稳定及加速特性的影响。 展开更多
关键词 块雅可比方法 非定常流 稳定及加速特性 LU分解
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时域谐波平衡求解器中非物理解出现根源探析
11
作者 张森 王丁喜 《风机技术》 2024年第2期44-50,共7页
The time domain harmonic balance method is an attractive reduced order method of analyzing unsteady flow for turbomachines. However, the method can admit non-physical solutions. Non-physical solutions were encountered... The time domain harmonic balance method is an attractive reduced order method of analyzing unsteady flow for turbomachines. However, the method can admit non-physical solutions. Non-physical solutions were encountered from a three-blade-row compressor configuration in a time domain harmonic balance analysis. This paper aims to investigate the root cause of the non-physical solutions. The investigation involves several strategies, which include increasing the number of harmonics, increasing the number of time instants, including scattered modes,including the rotor-rotor interaction, and the use of a new method-the approximate time domain nonlinear harmonic method. Numerical analyses pertinent to each strategy are presented to reveal the root cause of the non-physical solution. It is found that the nonlinear interaction of unsteady flow components with different fundamental frequencies is the cause of the non-physical solution. The non-physical solution can be eliminated by incorporating extra scattered modes or using the approximate time domain nonlinear harmonic method. 展开更多
关键词 The Time Domain Harmonic Balance Method Non-physical Solution Turbomachinery Blade Row Interaction
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基于自动微分的线性/非线性谐波方法研究 被引量:1
12
作者 张威 王丁喜 +2 位作者 黄秀全 吴航空 吴志壕 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2643-2649,共7页
本文运用线性/非线性谐波方法并结合自动微分开发求解一维非定常欧拉方程组的求解器.线性/非线性谐波方法求解非定常流不仅精度高,而且计算时间短,自动微分方法的应用又极大地减少了谐波方程求解器开发的工作量.在定常求解器的基础上,... 本文运用线性/非线性谐波方法并结合自动微分开发求解一维非定常欧拉方程组的求解器.线性/非线性谐波方法求解非定常流不仅精度高,而且计算时间短,自动微分方法的应用又极大地减少了谐波方程求解器开发的工作量.在定常求解器的基础上,利用自动微分工具生成求解谐波方程的基本代码,通过手动组合和微调最终得到求解一维非定常欧拉方程的求解器.最后通过准一维拉瓦尔喷管算例和直管算例来验证求解器的准确性. 展开更多
关键词 自动微分 线性谐波 非线性谐波 非定常流动 数值模拟
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叶轮机周期性非定常流高效降阶数值计算方法研究进展
13
作者 吴航空 王丁喜 黄秀全 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期39-52,共14页
简要介绍了叶轮机内非定常流对叶轮机性能的重要影响,总结了叶轮机内动静相干和叶片振动诱发的非定常流的时空周期性特点,并指出这些时空周期性特点可以加以利用,发展分析这些非定常流的高效降阶数值计算方法。本文根据不同数值降阶方... 简要介绍了叶轮机内非定常流对叶轮机性能的重要影响,总结了叶轮机内动静相干和叶片振动诱发的非定常流的时空周期性特点,并指出这些时空周期性特点可以加以利用,发展分析这些非定常流的高效降阶数值计算方法。本文根据不同数值降阶方法的特点对其进行了归类,详细分析了各自的优缺点及在气动弹性力学领域的应用,并进一步展望了降阶数值方法在未来的几个关键技术及发展趋势。 展开更多
关键词 降阶数值计算方法 非定常流动 周期性 气动弹性力学 叶轮机 综述
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时频域混合方法在非定常流计算中的对比研究
14
作者 吴航空 王丁喜 黄秀全 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2824-2833,共10页
时频域混合方法包括时域谐波平衡(HB)方法和非线性频域(NLFD)方法。两种方法都是通过谱方法离散时间偏导数项,从而将非定常控制方程转化为准定常控制方程进行求解。不同的是,前者求解不同时刻的时域控制方程,求解变量是不同时刻的流场变... 时频域混合方法包括时域谐波平衡(HB)方法和非线性频域(NLFD)方法。两种方法都是通过谱方法离散时间偏导数项,从而将非定常控制方程转化为准定常控制方程进行求解。不同的是,前者求解不同时刻的时域控制方程,求解变量是不同时刻的流场变量;而后者通过同时对流场变量及方程残差做傅里叶变换求解不同频率组分的频域控制方程,求解的是流场变量的傅里叶系数。除了算法上的差距,目前关于这两种时频域混合方法的优缺点知之甚少,国内外对比研究这两种方法的文献也未发现,这增加了研究人员选择合适时频域降阶方法进行非定常流场分析时的困难。本文将分别采用理论分析及数值验证的方式详细对比研究这两种方法的优缺点,为研究人员在选择这两种降阶方法的时候提供借鉴。 展开更多
关键词 时频域混合方法 时域谐波平衡法 非线性频域方法 谱方法 傅里叶变换
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用于颤振分析的影响系数法研究(英文)
15
作者 刘伟 黄秀全 +1 位作者 王丁喜 刘若阳 《风机技术》 2019年第1期54-62,I0009,共10页
影响系数法长期以来被用于数值和实验方面的颤振分析研究。在实验研究中,实验装置通常采用3-11个叶片的线性或环形叶栅,并在上下两端放置挡板。实验中仅驱动中间叶片振动,在各叶片表面产生非定常压力,测量各叶片表面的非定常压力并采用... 影响系数法长期以来被用于数值和实验方面的颤振分析研究。在实验研究中,实验装置通常采用3-11个叶片的线性或环形叶栅,并在上下两端放置挡板。实验中仅驱动中间叶片振动,在各叶片表面产生非定常压力,测量各叶片表面的非定常压力并采用影响系数法可以得到以行波模式振动时叶片表面的非定常压力。而我们在数值模拟中使用影响系数法时,不需要在上下两端放置挡板,通过采用周期性边界条件就可以保证流场的周期性。有些学者指出,当叶栅中的叶片数至少为9甚至11个时,结果不会随着叶片数的增加而改变。本文采用了谐波平衡法进行非定常流场计算,研究了叶片数目,马赫数以及振动叶片的位置对影响系数法结果的影响。得出结论,对于本文所研究的叶栅,要得到足够精确地结果,在周期性边界条件下需要至少7个叶片,在挡板边界条件下需要至少13个叶片。振动叶片最合适的位置是在叶栅中部。 展开更多
关键词 Influence Coefficient METHOD FLUTTER Linear CASCADE TRAVELLING Wave METHOD
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