离心压气机分流叶片长度对压气机性能影响数值研究

为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响.结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同.分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低...     

离心叶轮入口流动的动力学描述

在实验的基础上用动力学理论对离心叶轮机械入口的复杂流动进行了研究．把离心叶轮入口流动看成是保守系统,在此基础上建立了理想流动的自治系统．在相平面内初步讨论了离心叶轮入口流动的结构及其一些重要特性．     

压气机叶片前缘形状与局部损失相关性

压气机叶型的椭圆形前缘相比传统圆弧形前缘能减小流动损失,扩大攻角范围,但加工难度提高。为了尽可能减少加工成本、充分利用椭圆形前缘的气动优势,研究了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能差异。利用椭圆方程重新设计CDA叶型的前缘;引入SST湍流模型加γ-θ转捩模型对计算模型进行数值模拟,分析叶片前缘的切向速度与熵分布;研究了叶片前缘曲率与局部流动损失的相关性,并详细比较了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能。分析结果表明,在攻角小于2°的正攻角、较高来流马赫数、较低来流湍流度与雷诺数条件下椭圆形前缘优势更明显。     

叶片积垢对压气机性能衰退的影响

空气中的粉尘、微粒容易随空气进入压气机,导致叶片、通道壁面等表面粗糙度增大,降低部件的效率和流通能力,进而影响整机性能。通过对某1.5级轴流压气机进行三维CFD数值模拟,采用基于表面粗糙度与随机尺寸的积垢模拟方法,对积垢造成压气机性能衰退的机理进行对比分析,得到积垢后压气机的效率、压比、轴向力的衰退与转速的关系,以及压气机积垢后的流场变化情况。研究结果可为确定压气机清洗周期和预防叶片积垢提供借鉴。     

多级轴流压气机全三维流动特性的数值研究

文中分别以一低转速的2级半轴流式压气机与一高转速的3级半轴流压气机为研究对象,采用混合界面模型对其全流量工况下的流动进行了数值研究.计算采用Jameson的4步RungeKutta时间推进方法结合中心差分格式求解N-S方程,级间采用混合界面方法实现上下游叶排流动信息的传递.研究结果表明:采用混合界面方法产生的"人工"掺混会导致总压损失及界面处流动参数的间断,而且转速对界面处的"人工"的总压损失有明显影响;但是对于低压、低转速的多级轴流压气机,采用混合界面方法能够较为准确快速的预测其多流量工况下的气动性能.     

处理机匣结构对某型跨声速轴流压气机畸变响应特性影响

基于机匣处理下的跨声速轴流压气机叶排实验特性，应用畸变传递的矩阵分析模型，对叶尖处理机匣结构容总压畸变特性进行了详细分析，初步建立了几种处理机匣结构对总压畸变及其沿轴流压气机叶排衰减特性影响规律。计算结果表明，处理机匣虽能有效提高了转子叶排抗总压畸变能力．但不同结构处理机匣下静子叶排抗畸变特性存在明显差异，这对设计合理的扩大轴流压气机稳定裕度处理机匣结构尤为重要。     

大小叶片斜流压气机级性能和流场的数值模拟研究

文章以某高压比斜流压气机级为研究对象,开展三维定常数值模拟研究,初步获取了压气机级性能和流场结构,并与试验结果进行了对比。结果表明,计算总体性能与试验存在一定的差距,计算的流量-压比曲线比试验值向右和向上移动,流量-效率曲线比试验值向右和略微向上移动。对于斜流叶轮,两个叶片通道出口靠近机匣区域均存在低速流团,通道1中低速流团主要由附面层低能流团在哥氏力作用下堆积而成,通道2中的低速流团主要由叶尖间隙泄漏形成。对于文中计算斜流压气机,通道1中的低速流团对诱发流动失稳起主要作用。     

叶片破损对压气机性能的影响

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型工况下叶片破损前后的流场结构进行对比分析,探讨引起性能变化的具体原因。研究表明：叶片破损会导致压气机的压比降低0.663 1%、绝热效率降低0.787 7%,且压气机的稳定裕度降低更为明显。叶尖破损主要对叶顶流场结构产生影响,使叶顶区域泄漏流增强,当其与激波相互作用时,通道内产生了流动堵塞和流动损失。本文研究成果可为实际服役中的航空发动机特性评定提供理论参考。     

间隙大小对压气机转子间隙泄漏流场的影响

针对叶尖率先出现失速信号的一亚音速轴流压气机转子,采用全三维数值模拟方法分析了3种顶部间隙情况下泄漏流动特点,以及它对转子气动性能的影响。数值模拟结果表明,不同间隙情况下泄漏涡的运行特性与压气机的性能和稳定性密切相关。3种间隙情况下,泄漏涡在近失速工况下均发生了破碎。涡破碎造成泄漏涡体积突然膨胀,从而使堆积在机匣壁上的低能流体迅速扩散,对来流产生了很大的阻塞效应。在下游工况相同的条件下,大间隙时最先发生了泄漏涡破碎,说明泄漏涡初始形成时的强度越强,越容易出现涡破碎。     

对S2流面的两类典型梯度方程的分析

本文作者证明了用于计算叶轮S2流面相对速度分布的两类典型速度梯度方程的同一性,并根据它们形式上的重要差异分析了它们各自的应用特点.     

射流冷却对航空发动机压气机的特性分析

针对高马赫数下航空发动机高温进气问题,本文建立了高空环境下预冷段-压气机内气雾蒸发冷却的数学模型。基于欧拉-拉格朗日多相流数值方法分析了不同喷雾条件和高空环境时压气机特性变化。结果表明:在高空高马赫数环境下,喷水冷却可以增加进气流量、抑制温升、增大总压比;在一定范围内较大的喷水量和较小的液滴尺寸,有利于降低总温比、提高总压比,同时有利于降低压气机压缩耗功及增加效率。因此,航空发动机压气机前增设进气预冷段进行射流冷却,可以有效改善压气机的工作特性。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片气动负荷的影响

为研究某型燃气轮机中间三级轴流压气机第二级动叶片的CLOCKING效应及其对静叶片气动负荷的影响,采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法对三级压气机进行数值模拟,分析流场尾迹输运以及叶片非定常气动负荷.计算结果表明,动叶片处于不同CLOCKING位置时,非定常流场具有截然不同的熵输运特点,因而在不同的气流激振力作用下各列叶片气动负荷差别较大.在CLK2位置上,静叶片气动力始终为正值,且波动幅值明显比其它位置小,气动力方向角波动范围最小,且气动力矩波动幅值和方向改变次数最少,具有最稳定的气动负荷.     

压电和压磁材料硬涂层对叶片固有特性的影响

利用金属基或陶瓷基硬涂层可以改变压气机叶片的固有特性,进而可以在某种程度上改善叶片的抗振动疲劳能力。针对具有压电和压磁效应的金属基和陶瓷基两类典型材料的硬涂层,采用有限元法对涂层-叶片复合材料结构进行模态分析,对比涂层厚度和涂覆位置等对叶片固有特性的影响。在涂层-叶片复合材料结构有限元建模中,涂层视为各向异性材料并考虑其电磁效应,叶片基体为各向同性材料。结果表明,两类硬涂层的厚度和涂覆位置都对叶片固有特性有明显影响,对弯曲振型影响较小,对扭转振型和高阶复合振型的影响较大。     

叶表和端壁抽吸对跨音速压气机稳定性影响对比分析

以NASA Rotor35为研究对象,应用数值模拟手段深入分析了叶表和端壁不同位置抽吸对该压气机稳定性的影响效应。研究结果表明:叶表抽吸虽然使得压气机压比和效率有所升高,但使叶顶前缘脱体激波和间隙泄漏流强度的增加,导致两者相互作用引起的低能堵塞团尺度过早增长,压气机提前进入失速;端壁抽吸改善了转子顶部前缘激波结构,削弱了叶顶低能阻塞团中的高熵流体,改善了叶顶区域的流动,实现了压气机的扩稳效果,但对压气机压比和效率性能改善不明显。     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

压气机特性的高斯变换多层感知器预测方法

使用BP( back propagation)神经网络进行压气机特性预测时,容易出现外插精度低和系统稳定性差的问题.根据压气机特性图中等转速线线形分布特点,提出一种新型的多层感知器神经网络,利用高斯函数对数据样本进行变换,提取特性图中各条等转速线间的相似度关系.分析结果表明,该神经网络在预测精度、网络稳定性和逼近能力等方面优于BP神经网络.利用该神经网络对某型压气机特性进行预测,结果表明该神经网络对于样本数据内插值和外插值预测都有比较理想的精度.     

搪瓷蓄热元件结构参数对其传热与流动特性的影响分析

回转式空气预热器的传热与流动特性和所用蓄热元件的结构密切相关。利用计算流体力学软件Fluent,对某种回转式空气预热器搪瓷蓄热元件的传热和流动问题进行了三维数值模拟研究。通过改变波纹倾角、波纹节距进行数值模拟,对模拟数据进行分析,得到了传热特性及阻力特性曲线。通过对比分析得出:波纹倾角对努塞尔数和阻力系数的影响更加明显,而波纹节距对努塞尔数和阻力系数的影响相对较弱。模拟结果可为传热元件的选型优化以及回转式空气预热器的设计计算提供基础数据。     

喷管流动特性与管道截面变化规律的关系

针对管内流动规律的一般应用中存在的问题，着重讨论了喷管内工质流动特性与管道截面变化规律的关系，从而更准确更完整地反映了喷管内工质流动规律。