离心压气机弯管进口畸变非定常特性

采用数值模拟计算的方法研究了90°弯管对涡轮增压器装配的离心压气机进口流场产生的畸变,比较了两种不同轴向位置弯管所致的进口畸变对压气机性能的影响,并对压气机内部的三维非定常流动进行了频域分析.结果表明,弯管畸变对离心压气机性能的恶化程度与弯管所在位置有关,距离叶轮进口较远的弯管影响较大.畸变引起压气机性能在大流量时有明显降低,在小流量时性能恶化程度较小.弯管畸变导致叶轮进口前的压力脉动增强,大流量时改变了叶轮流道上游和叶顶间隙内的压力频谱结构,显著提高了转子基频的扰动强度.同时畸变也造成了叶片振动和蜗壳舌部噪声的恶化,在小流量工况下的作用更加明显.     

进口畸变下涡流发生器对压气机流场的影响

为研究进口总压畸变条件下涡流发生器对压气机流场的影响,建立单级轴流压气机模型,计算和分析了不同工况下的压气机内部流场.计算结果显示:在进口畸变条件下,压气机流场恶化,性能降低;使用涡流发生器后,可以有效改善静叶叶根附近的流场,控制叶片尾缘分离,降低沿叶高方向的压力波动,从而削弱进口畸变对效率的负面影响,改善出口压力场,...     

畸变进气条件下风扇三维非定常流动数值模拟

分析畸变进气情况下轴流风扇/压气机三维流场和性能的三维可压缩模型.该模型利用流线曲率法求得叶片对气流做功的叶轮机源项,然后通过求解带源项的三维非定常Euler方程,对风扇/压气机内部三维流场和性能进行模拟.利用该模型对某一跨音速风扇转子的三维流场和性能进行了数值模拟分析,特别是分析对比了在进口无畸变和进口有畸变情况下的风扇内部三维流场和气动性能.研究结果表明,该三维理论预测模型能有效地分析进气畸变对轴流风扇性能及其稳定性的影响.     

离心压气机轮缘压力及间隙泄漏非轴对称现象研究

蜗壳通常被设计成螺旋状结构,其几何结构的周向不对称诱发蜗壳内部流场周向分布不均匀现象,会对压气机内部流场造成显著影响.采用试验和数值结合的方法,对两种流量工况下离心压气机内部的非轴对称流动特性进行研究.结果表明:压气机轮缘静压在周向上的分布具有与蜗壳内部相同特征的非轴对称形式;下游流场畸变在向上游逆向传播过程中对上游的影响逐渐减弱;叶轮出口轮缘周向的高压区传播至叶轮进口时,与叶轮出口高压区的周向位置存在相位差.在不同流量工况下,轮缘周向静压分布不均导致叶顶间隙泄漏流在周向的分布存在差异.在小流量工况下,泄漏流量呈现先减小后增大再减小的波动分布;在大流量工况下,泄漏流量呈现先增大后持续减小分布.     

进口端壁导叶对离心压气机特性影响研究

针对进口端壁导叶对离心压气机特性影响进行了研究,通过在试验标定仿真模型的基础上对压气机内部的流动特性进行了详细的分析,结果表明:正预旋导叶使压气机的阻塞流量和喘振流量向小流量方向偏移,有效提升离心压气机的稳定性。而负预旋导叶在流量特性上与正预旋刚好相反,使压气机特性向大流量工况偏移。进口预旋导叶的存在明显改变了叶轮进口的相对气流角,正预旋能够使得入流气流冲角变小,从而带来效率的提升。负预旋会使压气机效率特性变差。虽然端壁正预旋导叶使离心压气机堵塞流量略有降低,但是效率和稳定明显提升,并进行了实验的验证。     

进气畸变度及分布形式对跨音速轴流压气机工作特性的影响

为了研究进气畸变对压气机的工作特性以及稳定性的影响,以NASA Stage35型跨音速轴流压气机为研究对象,采用全通道计算模型对不同畸变程度和不同畸变分布形式条件下压气机的工作特性及内部流场变化规律进行数值模拟研究。结果表明:随着进气畸变度的不断增加,压气机的峰值效率逐渐下降,由畸变所引起的总压损失在压气机内部流道中逐渐扩大;在保持畸变度和畸变区域总面积不变的条件下,畸变区的分散程度对压气机在峰值效率点附近的工作特性影响较小,但随着畸变分布区分散程度的逐渐增加,压气机的稳定裕度有所提高,压气机内部流道中的总压损失和熵增也有所降低。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

自循环机匣处理对某型柴油机增压器压气机的稳定工况范围及性能影响研究

针对某型柴油机增压器压气机,基于整级全通道数值模拟和正交试验设计方法,研究了自循环机匣处理实现高亚声速压气机扩稳增效的潜力。结果表明：自循环机匣能够在提高设计点气动性能的前提下推迟失稳,但会牺牲堵塞流量。压气机的失稳和堵塞流量分别与叶片前缘及叶片扩压器中的堵塞程度相关。小流量侧自循环机匣通过抽吸叶轮叶顶附近低能流体,缓解堵塞,推迟失稳。但在大流量侧自循环机匣的喷射效应会增大扩压器进口攻角,加剧扩压器叶片流动分离,减小堵塞流量。抽吸效应与喷射效应强度均取决于抽吸槽的位置和宽度,压气机稳定性和堵塞流量与抽吸槽参数的变化基本呈负相关。自循环机匣对气动性能的影响包含两方面：在抽吸槽前,经回流槽流出的流体与主流的掺混及其产生的进口畸变将带来额外的效率和压比损失,适当减小回流槽角度可以降低该损失;在抽吸槽下游,得益于抽吸效应对叶顶流动状态的改善,压气机抽吸槽附近及下游高熵区减小,做功能力增强,气动损失大幅降低。在上述两方面共同影响下,压气机设计点气动性能最终得以提高。     

利用切向进气降低压气机喘振流量的研究

采用粒子图像速度场仪 (PIV)对叶轮进口处的旋流速度场进行测定 ,研究了切向进气装置的不同结构和工作参数对压气机叶轮进口处旋流流场的影响规律 ,并对采用切向进气方式降低压气机喘振流量进行了试验研究。试验结果表明 :采用切向进气能够有效改变压气机叶轮进口处气流的预旋角 ,可以通过改变切向进气装置的结构和工作参数来改变叶轮进口处的旋流场。压气机逼喘试验结果证明 ,即使采用简单的切向进气结构也能够有效降低压气机的喘振流量     

基于流场偏差分析的离心压气机优化设计

为了提高车用内燃机变转速、变负荷面工况性能,提出了离心压气机优化设计方法,即通过考虑压气机设计工况与非设计工况流场的关联效应,抑制不同工况流场之间的差异,优化离心压气机结构.利用该方法对某柴油机离心压气机进行了优化设计,其设计工况与非设计工况之间的流场偏差集中在大叶片进口叶尖部分,据此提出了压气机前缘前掠的流场控制措施.仿真分析表明:改型离心压气机流场偏差得到了明显抑制,其设计工况性能变化较小,非设计工况压比提高了4.46%,,效率提高了1.56%,.     

非轴对称进气对燃气轮机压气机性能的影响

为了探索非轴对称进气对轴流压气机运行稳定性的影响,采用数值模拟与实验验证相结合的方式,对周向进气周向畸变、径向畸变对压气机稳定的影响进行了分析和比较;并对畸变与流动失稳的关联及诱发失稳的物理机制进行了研究;为提高压气机抗畸变的能力,在叶顶实施了微喷气措施,取得了明显的拓稳效果.     

废气涡轮增压器压气机两种进气预旋及其性能研究

作者扼要地叙述两种进气预旋的工作原理以及它在压气机性能调节中的意义。文中以ＧＪ１１和４５ＧＰ８０２等型增压器为例，阐明它们在引入进气预旋流场后，其压气机性能所出现的变化及其对柴油机匹配性能的影响。     

Performance improvement of centrifugal compressors for fuel cell vehicles using the aerodynamic optimization and data mining methods

Centrifugal compressors are one of the most important auxiliary components in polymer electrolyte membrane fuel cell vehicles, which tend to operate at a narrow area with low specific speed. Here, the optimal design goals of centrifugal compressors are investigated on the basis of a lumped model for fuel cell systems. A three-dimensional multi-objective and multi-point aerodynamic optimization and data mining method for centrifugal compressors named ODM is presented via integrating a multi-island genetic algorithm, Reynolds-Average Navier-Stokes solver technique and self-organization map based data mining technique. Data mining indicates that compressor geometry would move to a small inlet diameter ratio and a narrow region of the outlet width ratio. Based on the optimization results, a centrifugal compressor for 100 kW fuel cell stack is manufactured. The experimental results show that the improvement of isentropic efficiency near low mass flow has been achieved, which indicates that the proposed ODM is effective in the performance improvement of centrifugal compressors for fuel cell vehicles.     

Effects of bending-torsional duct-induced swirl distortion on aerodynamic performance of a centrifugal compressor

A turbocharger compressor working in commercial vehicles,especially in some passenger cars,often works together with some pipes with complicated geometry as an air intake system,due to limit of available space in internal combustion engine compartments.These pipes may generate various distortions of physical parameters of the air at the inlet of the compressor and therefore the compressor aerodynamic performance deteriorates.Sometimes,the turbocharging engine fails to work at some operation points.This paper investigates the effects of various swirl distortions induced by different bending-torsional intake ducts on the aerodynamic performance of a turbocharger compressor by both 3D numerical simulations and experimental measurements.It was found that at the outlet of the pipes the different inlet ducts can generate different swirl distortions,twin vortices and bulk-like vortices with different rotating directions.Among them,the bulk-like vortices not only affect seriously the pressure distribution in the impeller domain,but also significantly deteriorate the compressor performance,especially at high flow rate region.And the rotating direction of the bulk-like vortices is also closely associated with the efficiency penalty.Besides the efficiency,the transient flow rate through a single impeller channel,or the asymmetric mass flow crossing the whole impeller,can be influenced by two disturbances.One is from the upstream bending-torsional ducts;other one is from the downstream volute.     

压气机分层优化气动设计体系研究

基于压气机分层次气动优化设计思想,结合了优化算法、CFD(计算流体力学)技术与压气机气动设计程序,利用商业软件,建立了压气机气动优化设计平台,将气动优化设计思想融入到了压气机气动设计多个阶段,以实现压气机气动设计使性能最优化的目的.应用商业通用优化平台进行了轴流压气机一维、S2反问题气动优化设计,并采用NUMECA提供的全三维优化设计平台对压气机进行了全三维气动优化设计.计算结果表明:分层气动优化设计是提高压气机气动性能的有效手段,先进的优化算法在气动设计的各阶段都能够比传统设计手段更大限度地实现压气机性能的最优化.     

Effects of measuring positions on the measured aerodynamic performance of a centrifugal compressor

This paper performs a numerical simulation of three-dimensional flow field in a centrifugal compressor with long inlet and outlet pipes using CFX software. By arranging virtual probes at different positions in both inlet and outlet planes, the aerodynamic performance of the centrifugal compressor is measured and compared with each other. Then effects of measuring positions on measurement results are discussed. The results show that it will generate notable measuring errors of the pressure ratio and efficiency if the inlet total pressure is measured using a single-point probe. The inlet total pressure data can be accurate when they are measured using a 3-point rake. The outlet total pressure and total temperature data can not be accurate if they are respectively measured at one circumferential position even using a multi-point rake. Increasing tangential measuring positions at the outlet is effective to improve the test accuracy. When the outlet total pressure and total temperature are respectively measured at 3 tangential positions, the data can be almost accurate.     

中压进汽腔的流场数值模拟比较

通过数值模拟计算,对中压对称进汽和切向进汽两种结构的流场进行了分析比较,结果表明,单一切向进汽腔的总压损失更小,出口汽流角的周向分布均匀度更好。更进一步,为整体评估中压进汽腔的流场以及对叶片级的流动影响,对中压进汽腔及第1级叶片的整体流体域流场情况进行了分析比较,结果表明,采用大几何角静叶的切向进汽腔气动性能最优;当采取切向进汽腔时,需合理选择第1级静叶几何角并耦合计算,才能实现进汽腔的气动优化。     

过渡段部分对某高压压气机性能影响研究

以某型高压九级轴流压气机为研究对象,通过NUMECA软件进行模拟计算,研究了前过渡段、过渡段支板和出口过渡段的气体流动损失对压气机性能的影响,并采用DFFD参数化方法和多岛遗传算法对过渡段部分进行了结构改型与气动优化设计。结果表明:相比不带过渡段的压气机模型,原型过渡段使等熵效率降低1.57%,经过对过渡段型线改进以及对过渡段支板的优化设计,优化后过渡段使等熵效率仅降低0.63%;优化后的过渡段部分气流阻塞减少、损失减小,使得高压压气机整体效率较优化前提高0.94%;经流场损失分析发现,支板段和出口扩压延长段是造成堵塞和效率降低的主要原因。