粗糙叶片真实形貌条件下的压气机内部不确定性流动分析方法研究

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基本信息

  • 批准号:
    51406148
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Compressors in gas turbines with service inevitably suffer from blade fouling, corrosion and erosion, which has been acknowledged as the leading cause of gas turbine performance degradation. It is thus of great urgency for intensive research into the compressor performance deterioration and the associated flow mechanisms due to blade fouling, corrosion and erosion. In this project, a new and generic geometry parameterization model will be built by means of experimental measurement and theoretical analysis, in order to characterize the non-uniform, randomly accidented and multi-scaled surface morphology of the real rough blade. A high-dimensional stochastic CFD method with high efficiency will be developed to overcome the so-called ‘curse of dimensionality’, which is the bottleneck problem of the high-dimensional uncertainty analysis. Finally, an uncertainty analysis method for the internal flow of compressors with service will be constructed, whereby the statistic natures of compressor cascade performance and flow field under geometry uncertainties of the real rough blade are to be revealed. This research will provide scientific and technical foundations for understanding the uncertain flow phenomena in gas turbine compressors with service, for improving the service performance of gas turbines and their major components, and for promoting the associated robust optimization design and control methods.
实际服役环境下的燃气轮机压气机部件不可避免地会遭遇叶片的积垢、腐蚀及磨损,而由此造成的压气机性能恶化已被公认为引起燃机系统效能衰退甚至失效的首要诱因。为此,深入研究叶片积垢、腐蚀及磨损条件下的压气机气动性能恶化现象及流动机理迫在眉睫。本项目拟通过实验测量与理论建模,建立起压气机粗糙叶片真实形貌的全新的通用几何参数化表征模型,以囊括因积垢、腐蚀及磨损造成的叶片表面粗糙度空间分布不均匀、随机凸凹及尺度跨度大的真实形貌特征;拟发展高维随机CFD方法及其高效化计算途径,解决或缓解高维不确定性分析中遇到的“维数灾难”瓶颈问题;而后构建出一套粗糙叶片真实形貌条件下的压气机内部不确定性流动分析方法,首次揭示粗糙叶片真实形貌几何不确定性对压气机叶栅特性及内部流场的统计影响规律。项目为深刻认识实际服役环境下压气机内部的不确定性流动现象、提升燃气轮机及其关键部件的服役性能和鲁棒优化设计与控制水平提供科技基础。

结项摘要

项目面向高维高效不确定性分析的学术前沿,围绕任务书设定的研究目标,针对实际服役环境下的压气机叶片开展不确定性建模和不确定性流动分析研究。在不确定性建模方面,基于傅里叶级数理论,建立了表征二维粗糙叶片表面任意凸起或凹陷的几何参数化模型;并将Hicks-Henne函数从二维平面延拓到三维空间、从低阶拓展至高阶,建立了表征三维叶片表面粗糙形貌的几何参数化模型。在不确定性流动分析方面,采用计算流体力学方法,先后研究了平面叶栅和跨音速压气机转子Rotor37在粗糙叶片条件下的气动性能和内部流场;为克服高维不确定性分析中的“维数灾”,提出了一种分层降维近似模型方法,并将其成功应用至粗糙形貌条件下的平面叶栅气动性能和内部流动不确定性分析中,结果表明,相对于叶片吸力面表面局部凹凸形貌的空间疏密程度,叶栅总压损失系数对叶片吸力面表面局部凹凸形貌的尺寸大小更为敏感,且叶栅马赫数分布的一阶和二阶模态分别主导其均值和标准差的分布。研究成果为深刻认识实际服役环境下压气机内部的不确定性流动现象、提升燃气轮机及其关键部件的服役性能和鲁棒优化设计与控制水平提供科技基础。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(2)
A bisection-sampling-based support vector regression-high-dimensional model representation metamodeling technique for high-dimensional problems
一种基于二分采样的支持向量回归-高维问题的高维模型表示元建模技术
  • DOI:
    10.1177/0954406216629504
  • 发表时间:
    2017-06-01
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART C-JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING SCIENCE
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Ju, Yaping;Parks, Geoff;Zhang, Chuhua
  • 通讯作者:
    Zhang, Chuhua
Artificial intelligence metamodel comparison and application to wind turbine airfoil uncertainty analysis
人工智能元模型比较及其在风力机翼型不确定性分析中的应用
  • DOI:
    10.1177/1687814016647317
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    ADVANCES IN MECHANICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Ju Yaping;Zhang Chuhua;Ma Lin
  • 通讯作者:
    Ma Lin
A high-dimensional design optimisation method for centrifugal impellers
一种离心叶轮高维设计优化方法
  • DOI:
    10.1177/0957650915626274
  • 发表时间:
    2016-01
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part A: Journal of Power and Energy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ju Yaping;Qin Ruihong;Kipouros Timoleon;Parks Geoff;Zhang Chuhua
  • 通讯作者:
    Zhang Chuhua
Hybrid central-WENO scheme for the large eddy simulation of turbulent flows with shocks
用于激波湍流大涡模拟的混合中央-WENO方案
  • DOI:
    10.1080/10407790.2017.1358984
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    NUMERICAL HEAT TRANSFER PART B-FUNDAMENTALS
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Li Zhen;Ju Yaping;Zhang Chuhua
  • 通讯作者:
    Zhang Chuhua
缺陷叶片对跨音速压气机转子气动性能影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋伟;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者:
    张楚华

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其他文献

随机粗糙度对风力机翼型气动性能影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    琚亚平;张楚华;JU Ya-Ping ZHANG Chu-Hua (School of Energy;Pow
  • 通讯作者:
    Pow
叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    傅珏;蒋伟;柳一鸣;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者:
    张楚华
积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    琚亚平;张楚华
  • 通讯作者:
    张楚华
压气机变形叶片的网格生成及区域分解方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾家琦;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者:
    张楚华
多级轴流压气机性能预测及导静叶调节优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张夏雯;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者:
    张楚华

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离心叶轮冷热态双重不确定性几何变形的流动机理及鲁棒设计方法
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    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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