本文關(guān)鍵詞：可壓縮性對(duì)脈沖射流控制流動(dòng)分離的影響及其分析

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【摘要】：級(jí)壓比是衡量壓氣機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而增加級(jí)壓比將使壓氣機(jī)葉柵流動(dòng)面臨分離。旨在控制流動(dòng)分離的非定常流動(dòng)控制技術(shù)因其利用流動(dòng)本質(zhì)上的不穩(wěn)定性，相較于定常流動(dòng)控制技術(shù)，在達(dá)到相同控制效果的情況下能量輸入較小，成為近年來(lái)倍受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。本文基于一種無(wú)源脈沖射流控制技術(shù)，引入了POD本征正交分解分析方法，，開(kāi)展了非定常激勵(lì)控制壓氣機(jī)葉柵流動(dòng)分離的數(shù)值模擬研究，主要工作有： 1、針對(duì)葉柵非定常分離流結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及直接分析困難，引入了本征正交分解(POD)方法用于非定常流場(chǎng)分析，并結(jié)合高亞聲速流動(dòng)的可壓縮對(duì)POD內(nèi)積方式的進(jìn)行了修正，解決了可壓縮性狀態(tài)下速度場(chǎng)與密度場(chǎng)的耦合性問(wèn)題，使得POD內(nèi)積方式對(duì)動(dòng)能模態(tài)的分解兼顧了物理意義。 2、POD分解得到的各階模態(tài)中，除一階模態(tài)反映平均流特性之外，其余各階模態(tài)均反映了脈動(dòng)結(jié)構(gòu)，且二、三階模態(tài)所捕捉的脈動(dòng)結(jié)構(gòu)能量份額相近，其周期性與主流分離渦特性較為相近。低階模態(tài)占據(jù)系統(tǒng)大部分動(dòng)能，因此可以通過(guò)集中分析低階模態(tài)的特性來(lái)總體把握流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)特性。一定攻角狀態(tài)下，隨著進(jìn)口馬赫數(shù)的提高，分離位置后移，葉背分離渦主頻增加，流動(dòng)不穩(wěn)定性與可壓縮性增強(qiáng)，POD分解得到低階模態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，脈動(dòng)結(jié)構(gòu)區(qū)域向葉背吸力面壓縮，二三階脈動(dòng)結(jié)構(gòu)模態(tài)時(shí)間系數(shù)的周期變短。 3、在本文研究的不同進(jìn)口馬赫數(shù)范圍內(nèi)，且當(dāng)射流頻率與分離渦主頻接近時(shí)，脈沖射流控制效果最為顯著，但隨著進(jìn)口馬赫數(shù)的增加，脈沖射流控制效果有所減弱。相較于低速流動(dòng)狀態(tài)，高亞聲速狀態(tài)下流場(chǎng)內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，此時(shí)在有效激勵(lì)信號(hào)作用下，流場(chǎng)內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)的改善幅度相對(duì)較差。 4、在一定頻率范圍的脈沖射流作用下，流場(chǎng)內(nèi)脈動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為平均流能量，且其轉(zhuǎn)化幅度受進(jìn)口馬赫數(shù)及射流頻率的影響。通過(guò)接近于分離渦主頻的微小脈沖射流的注入，流場(chǎng)內(nèi)低階模態(tài)脈動(dòng)結(jié)構(gòu)形態(tài)產(chǎn)生了明顯的改變，實(shí)現(xiàn)了脈沖射流與流場(chǎng)中大尺度脈動(dòng)結(jié)構(gòu)的相干與整流，脈動(dòng)能量向平均流能量的轉(zhuǎn)化幅度最為顯著，流場(chǎng)內(nèi)分離渦的周期性更為顯著。 5、研究了葉柵脈沖射流器與分離區(qū)壓力非定常波動(dòng)的耦合作用，其中高亞聲速狀態(tài)下，擴(kuò)壓葉柵葉盆葉背較大的靜壓差可產(chǎn)生明顯的脈沖射流，且射流波形主要受流道的周期性開(kāi)關(guān)影響；此時(shí)在有效頻率的脈沖射流作用下，葉柵相對(duì)總壓損失系數(shù)降低了16.94%，葉片表面壓力系數(shù)有了明顯提升，無(wú)源脈沖射流控制技術(shù)是一種有效的葉柵流動(dòng)控制方法。
【關(guān)鍵詞】：非定常流動(dòng)控制 脈沖射流 流動(dòng)分離 本征正交分解 可壓縮性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH45
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-32
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 壓氣機(jī)葉柵主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-27
• 1.2.1 定常流動(dòng)控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.2 非定常流動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展20-24
• 1.2.3 非定常流動(dòng)控制技術(shù)分析24-27
• 1.3 本征正交分解（POD）技術(shù)介紹27-31
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容31-32
• 第二章 物理模型與數(shù)值方法32-41
• 2.1 物理模型32-34
• 2.2 數(shù)值模擬工具及數(shù)值方法34-39
• 2.2.1 數(shù)值模擬工具34-35
• 2.2.2 大渦模擬35-39
• 2.3 計(jì)算網(wǎng)格與數(shù)值模型介紹39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 POD 方法基本理論介紹與可壓縮性修正41-52
• 3.1 POD 方法基本理論介紹41-42
• 3.2 基于 POD 內(nèi)積對(duì)象的可壓縮性修正42-44
• 3.3 可壓縮性影響的分析44-51
• 3.3.1 耦合性問(wèn)題45-47
• 3.3.2 內(nèi)積形式對(duì)總體能量特性的影響47-48
• 3.3.3 內(nèi)積形式對(duì)模態(tài)空間特性的影響48-51
• 3.3.4 內(nèi)積形式對(duì)模態(tài)時(shí)間特性的影響51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 無(wú)控流場(chǎng)的非定常計(jì)算及其分析52-63
• 4.1 壓氣機(jī)葉柵流動(dòng)分析52-57
• 4.1.1 分離位置的判定52-55
• 4.1.2 分離渦主頻的捕捉55-56
• 4.1.3 可壓縮性對(duì)于葉柵渦系結(jié)構(gòu)非定常特性的影響56-57
• 4.2 無(wú)控流場(chǎng)的 POD 分析57-60
• 4.2.1 總體能量特性57
• 4.2.2 空間特性57-58
• 4.2.3 時(shí)間特性58-59
• 4.2.4 模態(tài)流場(chǎng)的重構(gòu)59-60
• 4.3 流場(chǎng)可壓縮性的 POD 分析60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 可壓縮性對(duì)脈沖射流控制分離的影響及其分析63-85
• 5.1 物理模型與數(shù)值方案63-65
• 5.2 脈沖射流的數(shù)值模擬研究及其分析65-74
• 5.2.1 可壓縮性對(duì)總體控制效果的影響66-68
• 5.2.2 脈沖射流對(duì)于流場(chǎng)時(shí)空特性的影響68-74
• 5.3 非定常激勵(lì)抑制流動(dòng)分離的 POD 分析74-83
• 5.3.1 模態(tài)總體特性的變化74-77
• 5.3.2 模態(tài)空間特性的變化77-82
• 5.3.3 模態(tài)時(shí)間特性的變化82-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第六章 脈沖射流器與分離區(qū)壓力非定常波動(dòng)耦合的數(shù)值模擬研究85-93
• 6.1 帶微脈沖射流器葉柵的物理模型與數(shù)值方案85-86
• 6.2 耦合狀態(tài)下脈沖射流器控制流動(dòng)分離的數(shù)值模擬研究86-91
• 6.2.1 分離區(qū)壓力非定常波動(dòng)對(duì)引氣射流的影響分析86-88
• 6.2.2 脈沖引氣微射流器對(duì)壓氣機(jī)葉柵流動(dòng)性能的影響分析88-91
• 6.3 本章小結(jié)91-93
• 第七章 結(jié)論與展望93-96
• 7.1 本文的主要工作與結(jié)論93-94
• 7.2 本文研究的創(chuàng)新之處94
• 7.3 展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 致謝101-102
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文102

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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本文編號(hào)：930909