《壓氣機內複雜流動機理、模化和控制研究》是依託清華大學，由袁新擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：壓氣機內複雜流動機理、模化和控制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：袁新
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擬申請內容是在總結和分析國內外壓氣機內複雜流動的研究現狀和發展趨勢的基礎上提出的。整個研究計畫將通過壓氣機內複雜流場信息的獲取，進行流動機理與模化分析，探討相應的控制方法。主要研究內容包括：壓氣機葉尖泄漏流動、壓氣機三維角區分離流動、壓氣機內部激波/邊界層干擾、湍流模擬技術和高精度數值方法研究。前三部分研究內容將建立在以實驗研究為基礎，理論分析和數值模擬為支撐的構架上，分別在亞/跨音平面葉柵、1.5級亞/跨音、4級低速實驗台上，完成機理性實驗驗證。第四部分內容主要將開展湍流模型改進與新算法研究，如基於結構/非結構格線的間斷Galerkin、LES、LES/RANS混合方法等，以便進一步分析壓氣機內部的複雜流場細節，補充實驗手段與實驗研究的不足。最終得到壓氣機內複雜流動結構的流動機理、模化、以及控制方法，建立一套有效的理論與模擬分析系統，為提高我國先進航空發動機的性能提供理論與方法。
結題摘要
為推動高負荷壓氣機的研發設計，本項目總結分析了國內外壓氣機內部複雜流動結構的研究現狀與發展趨勢，深入研究了壓氣機內部葉尖泄漏流動、三維角區分離流動和激波/邊界層干擾等複雜流動結構，發展了高精度數值方法和湍流模擬技術。 本項目在平面葉柵、亞音和跨音壓氣機等多個實驗台上，詳細測量了葉尖區域和三維角區的流場，結合理論分析與高精度的數值模擬，深入研究了壓氣機內部複雜流動結構的機理，模化分析了流動堵塞/二次泄漏/尖部溢出葉尖泄漏流相關流動結構、三維角區分離/失速和激波/邊界層干擾，深入研究了葉尖泄漏流動的控制技術（非均勻葉頂間隙和斜溝槽處理機匣等技術）、三維角區分離的控制技術（新可控擴散葉型設計方法、邊界層抽吸、電漿氣動激勵和葉根開槽等技術）和激波的前緣葉型最佳化控制技術。與此同時，為了促進上述複雜流動結構的機理、模化和控制研究，本項目深入研究了常用湍流模型對壓氣機內部葉尖泄漏流動、三維角區分離流動和激波/邊界層干擾等複雜流動結構模擬的適用範圍與局限性，針對上述問題改進了湍流模型、提高了預測精度，發展了高效、高精度的數值模擬方法，包括高精度WENO、基於非結構格線的低耗散動能守恆格式和DG方法、高精度低耗散的激波捕捉格式、顯著提高關鍵流動特徵預測精度的格線自適應方法、GPU加速方法和LES/RANS混合方法等，構建了適用於葉輪機械的高精度數值體系與多級壓氣機氣動設計最佳化體系。 綜上，本項目系統地研究了壓氣機內部複雜流動結構的流動機理、模化和控制方法，建立了一套有效的理論分析、模擬分析和最佳化設計系統，為提高我國先進航空發動機與重型燃氣輪機的性能提供了理論和方法。
