组合式后掠叶片离心压气机叶轮造型方法和流场分析

一、前言后掠叶片离心压气机叶轮由于性能显著优于径向直叶片叶轮,吸引人们对此进行开发和研究。目前研究的重点在其叶片造型方法及通过流场计算分析预测其性能。一般大型径向直叶片、后弯叶片离心压气机叶轮常分成导风轮、工作轮两段,并分别进     

亚音速离心叶轮分流叶片前缘掠形性能分析

在保证叶轮其它参数不变的情况下,设计了7种不同分流叶片前缘掠角,分别为-15°、-10°、-5°、0°、5°、10°、15°,利用ANSYS CFX软件对其进行数值模拟,并对数值方法进行实验验证,来分析分流叶片前缘掠对亚音速离心压气机气动性能的影响;研究结果表明:相比不掠而言,分流叶片前缘后掠使效率、压比降低,失速裕度和稳定工作裕度增加,分流叶片前缘前掠使效率、压比增加,失速裕度和稳定工作裕度减小;后掠增大堵塞流量,加大其叶片上载荷,而前掠减小堵塞流量和其叶片上载荷,并随角度的改变而相应的发生改变。     

前倾角45°离心压气机叶轮设计探讨

一、前言前倾叶片和后掠叶片叶轮的离心压气机由于性能明显优干径向直叶片叶轮压气机而得到了人们的高度重视。过去前倾叶片、后掠叶片叶轮的前倾角在62°左右。近几年国外发展了前倾角45°或小于45°叶轮的离心压气机,引起了人们的兴趣。分析计算该叶轮的流场及其变化机理,提出叶片和叶轮的几何设计方法,可为这种叶轮压气机的设计研制提供条件。     

正弯静叶对某多级压气机变工况特性的影响研究

对某13级轴流压气机的内部流场进行了全三维数值模拟数值分析。针对原型压气机变工况运行时静叶吸力面角区位置流动分离较为严重的情况,进行正弯优化设计,探讨正弯叶片的引入在全工况范围内对压气机前三级的流动特性带来的影响,并重点分析改型前后近喘振点的流场特征。结果表明,适当的弯叶片可以抑制角区闭式分离的发生和发展,从而恢复角区的扩压能力,并获得整个流场的改善,最终提高压气机的压比、效率和喘振裕度,同时级间匹配良好,变工况性能明显优于原型。     

前缘弯掠(扭)斜流转子的设计与研究

在常规斜流转子设计方法的基础上，应用1／7湍流边界层理论和假想等价速度三角形设计了前缘弯掠(扭)斜流转子，详细讨论了前缘弯掠(扭)斜流转子的设计方法。试验与内流分析结果表明，对常规斜流转子进行前弯设计后，能有效改善低流量时的旋转失速状态，扩大了喘振裕度和工作范围，减弱转子下游的尾迹。     

变流量工况下小型离心压气机多目标优化设计

为提高离心压气机变流量工况下的性能,基于三维流场分析研究了离心压气机叶片几何参数对其变工况气动性能的影响规律;基于相关性分析建立了降阶的优化设 计变量空间,采用拉丁超立方试验设计、Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法进行了离心压气机叶轮变流量工况多目标优化。优化后,叶轮设计流量的压比提高6.43%,效率提高3.99%;小流量时压比提高5.62%,效率提高3.52%;内部流动损失减少,喘振流量减小2.7%,阻塞流量增加6.85%,稳定工作范围得到扩宽。     

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。     

整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性影响的数值研究

为研究整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性的影响，本文采用气腔模型来研究压气机出口的容腔效应，分别模拟了均匀进气以及不同旋流强度的正向及负向整体涡旋流畸变作用下，组合式压气机的喘振过程。研究发现，正向整体涡旋流畸变作用下，离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的正向旋流，一定程度上抑制了叶轮内的流动分离；相反地，负向整体涡旋流畸变作用下，离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的负向旋流，使叶轮内的流动分离加剧甚至引发回流，使得压气机系统进入深度喘振工况。正向整体涡旋流畸变的旋流强度越大，组合式压气机的喘振圈及喘振频率越小；负向整体涡旋流畸变作用下，旋流强度越大，喘振圈越大、喘振频率越高。     

高负荷氦气压气机叶型研究（英文）

经过多年的发展,空气工质压气机已经开发了一系列的适用于从低速到高速的叶型。氦气具有很高的音速,并且经过高负荷设计后的氦气压气机叶栅通道与空气压气机明显不同,因此开发一套适用于高负荷氦气压气机的低损失叶型就显得十分必要了。本文研究了一种适用于高负荷氦气压气机的叶型,并采用数值模拟的方法将其与CDA叶型进行了比较。研究结果表明:高负荷氦气压气机叶型的总压损失系数较CDA叶型降低了3%,而喘振裕度提高了3%。     

三维叶片技术对离心风机流场结构的影响

为对离心风机叶轮内流动进行有效控制,应用弯叶片和掠叶片的三维叶片技术于某型离心风机。根据积叠线在周向和在子午面内变化方式的不同,数值模拟正弯、反弯、前掠、后掠、前倾、后倾、前掠正弯、后倾正弯八种三维设计叶片。通过比对不同三维设计叶片的展向和型面的压力分布、吸力面的壁面极限流线,研究不同叶片对叶栅流道流场结构的影响。正弯、前掠、后倾、前掠正弯、后倾正弯叶片能增大吸力面与前盘之间的端部角区的压力梯度,将端区低能流体推向主流区,减少端区低能流体堆积,控制分离;同时,增加叶片近前缘处的叶片负荷,分离尺度减小。反弯、后掠和前倾叶片则作用结果相反,端区低能流体堆积,分离起始点前移,分离尺度增大,近前缘处叶片负荷减小。     

氦氙混合离心压气机设计与分析

氦氙混合离心压气机是闭式布雷顿循环的主要部件之一,但是国内对此种稀有气体混合工质压气机设计的研究较少。本文以摩尔质量为40g/mol的氦氙混合气为工质,设计了单级总压比为2.3、流量为1.6kg/s的氦氙混合离心压气机。该压气机分为叶轮和径向扩压器两个部分,叶型采用了单分流叶片。通过数值模拟的方法对此离心压气机的气动特点以及流场进行了分析。氦氙混合离心压气机的数值模拟表明,此压气机达到了总压比2.3、等熵效率88%的设计指标。     

机载蒸汽压缩系统中离心叶轮的性能模拟及其研究

针对机载蒸汽压缩系统离心叶轮的性能进行了研究,并通过改变其主要参数得到不同的叶轮,对它们进行了数值模拟。结果表明:适当提高转速可以提高叶轮的压比,获得较高的等熵效率;利用大尺寸低转速离心压缩机理论的叶片数经验公式计算的叶片数不适合此类离心叶轮,实际叶片数目要比经验公式计算出来的小一些;叶片出口角度设计在60°以上时,叶轮具有较高的等熵效率;中间加载规律相比其它加载规律所生成的叶轮具有较大的压比和效率,喘振裕度大,喘振流量小,流场速度分布均匀,有很高的流通和做功能力,是理想的加载规律。研究的方法和结果对高转速机载蒸汽压缩机有一定的参考价值。     

高压离心压缩机叶轮全三维气动设计技术

对高压离心压缩机叶轮进行了全三维Ｅｕｌｅｒ数值模拟，计算出了通过叶轮的流量和压比以及整个压比随流量变化的特性。确定了阻塞点和喘振点位置。还可以计算出叶轮气流角，沿叶型吸力面及压力面的相对马赫数分布等流场细节。与美国研制的某增压器用离心压缩机的试验数据的对比表明本方法是可靠的。     

离心压气机改型设计及扩压器前掠分析

本文主要研究单级离心压气机的改型设计,并采用数值方法对楔形扩压器前掠展开了详细研究。在保持原有压气机叶轮外径不增加、流量和设计转速不变的条件下,将压比由4.0提高到4.5。在设计离心叶轮时,首先需要确定叶轮后弯角,为了真实评估叶轮后弯角对离心压气机效率和稳定性的影响,详细设计了后弯角为20°,25°,30°和35°的三维叶轮以及相匹配的楔形扩压器,最终选择35°后弯角叶轮。其次,后弯角为35°叶轮的设计点压比相对于设计目标偏低,将hub处弯角减小到30°达到增加设计点压比。最后,考虑到楔形扩压器各截面载荷的不同,研究了楔形扩压器前掠对性能影响。     

压气机级内动静非定常干涉数值研究

采用非定常数值方法计算了某多级压气机的第七级原型和弯掠动叶级流场,分析了压气机级内动静叶的非定常干扰对静叶流动的影响及改型压气机的尾迹输运特性.数值研究结果表明:同原型相比,采用弯掠设计的动叶减弱了对于下游静叶的非定常干扰,有利于提高整级压气机的气动性能.     

低速电驱离心压气机特定工况下内部流场的数值模拟

以压气机的三维流场作为主要研究对象,离心式径流风机为基础模型,确定车用增压器压气机蜗壳和叶轮大致尺寸参数,在此基础上,建立三维整体装配模型,对其进行了数值模拟,对各种离心压气机模型的性能进行预测,分析不同数量、形态叶片的叶轮对效率性能和内部流场压力速度分布的影响。通过计算结果的校核以确定离心压气机叶轮的合理配置方案,了解该离心压气机特定工况下的内部流动情况,以达到设计目标的要求,并为实现快速设计提供依据。     

前掠风扇动叶三维数值分析

对某单级前掠风扇动叶在三维环境中进行数值分析。以普通直叶片为原型,对其前缘曲线进行改型,得到前掠转子叶片,运用三维粘性流体计算软件Fine／NUMECA对该单级前掠风扇设计转速下的三维流场进行了计算,重点对比分析8个状态下前掠叶片和普通叶片的特性线。结果表明：前掠叶片喘振裕度高于普通叶片的原因是其尖部附近的承载能力强;前掠叶片并不能在所有状态下提高效率,其在效率方面的主要优势在较高的负荷下才能体现出来。     

闭式叶轮叶型误差对某型燃气轮机离心压气机性能影响的CFD研究

旨在使用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)方法对某型燃气轮机闭式离心压气机的叶轮叶型加工误差对性能的影响进行定量研究。CFD仿真结果显示叶型厚度增加0.1mm以上使压气机的性能降低明显。此外,闭式叶轮上叶片的周向分布位置度误差对性能影响较大。研究结果对零件验收具有指导意义。     

几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究

使用有限元计算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性能进行了计算。结果表明反弯叶片可降低叶轮出口处叶片根部附近的应力,但会造成叶片根部前缘区域应力集中,且反弯叶轮的气动性能和原型叶轮差别不大。前倾叶片能在很大程度上降低叶轮出口处叶片根部应力,前倾角越大出口叶根处应力减小越多;随前倾角增大,叶轮气动性能恶化程度加剧;叶轮的背盘形状对叶轮的应力影响较大,尤其是出口处的背盘厚度对出口处叶片根部区域的应力起主因作用。研究得出叶片几何及背盘形状因素对叶轮应力分布的影响规律,另外还得到了叶片几何形状对气动性能的影响规律,这些工作为叶轮的多学科优化设计提供良好的基础。     

离心压缩机叶轮S2流面正反命题的研究

分别对流线曲率法正反两类命题进行了研究.正问题中,利用背掠式带分流叶片离心压缩机叶轮算例,计算出子午面流场,对该叶轮进行了性能分析.在反问题中,根据给定设计点参数,设计出了一背掠式叶轮.鉴于气体涡分布的重要性,讨论了不同类型分布对叶轮性能的影响,得出后加载型分布适合离心压缩机叶轮的结论.