小叶片对大转角扩压叶栅出口流场的影响

采用五孔探针分别测量了6~26°不同攻角下,大转角高扩压度叶栅及增加小叶片后叶栅的出口流场。结果表明:大小叶片叶栅中,小叶片改善了设计工况下叶栅内部流动,抑制了大叶片吸力面及端壁角区流动损失向叶栅中部的发展;在较大与较小攻角时,叶栅流动损失明显增加;大攻角时大小叶片叶栅出口中部区域速度场得到明显改善,其余工况通流能力变化不大;大小叶片叶栅在所有工况下,出口截面上气流转角整体平均约增加3~5°,表明气动负荷有一定提升。     

大转角扩压叶栅气动性能与流动结构的实验研究

设计了低速轴流风扇叶型转角45°、扩压因子超过0.6的扩压叶栅,测量了在设计工况与±10°攻角范围内的叶栅气动性能,采用PIV技术获得了对应工况下的叶栅内部流动状态。结果表明:扩压因子超过0.6时,增加叶型几何转角不能继续增加气流实际转角,气流转角反而有下降的趋势,叶栅损失明显增加。叶栅内流动的测量结果显示,在非设计工况下,大转角高扩压度叶栅后半段的流体流动与叶栅分离,造成了叶栅尾迹区域明显增大,这是导致叶栅流动损失增加的主要原因。     

槽道出口位置对高负荷扩压叶栅性能的影响

针对高负荷扩压叶栅攻角范围小、吸力面流动易分离的特点,采用在叶片上从压力面向吸力面开槽的方法控制局部流动,设计了一种收敛转折型的槽道结构,并通过数值模拟方法研究了不同开槽位置对叶栅性能的影响,计算结果表明:正攻角工况,叶片开槽处理可以有效吹除吸力面分离气流,从而增大静压升,降低总压损失,扩大稳定工作范围;对于大攻角分离情况,最佳开槽位置位于叶型中部附近。     

波纹叶片控制扩压叶栅流动分离的DES数值模拟

为了研究新型被动流动控制技术-波纹叶片对扩压叶栅流动分离的控制效果并探索其流动机理,本文采用分离涡算法(DES)对0°和8°攻角下的原型和波纹叶片进行数值模拟。研究结果表明:在0°攻角下,波纹叶片对扩压叶栅性能产生的影响非常微弱,总体性能与原型叶栅基本相当,非定常流动具有较好的周期性;在8°攻角下,波纹叶片能明显降低叶栅总压损失、减小流动分离。详细的流场细节分析表明,叶片表面的波纹能诱导产生一对反向旋转的流向涡,有效加强叶栅前缘的局部流动,为附面层的低能流体注入动量,从而提高了附面层抗分离能力,延缓了分离的产生。     

冲角对不同掠型压气机叶栅扩压因子的影响

对直、前掠、弯掠和后掠叶片组成的压气机叶栅进行了实验研究，结合叶栅出口能量损失分布和叶片表面静压系数的分布及叶片负荷的变化，讨论了冲角变化对不同掠型压气机叶栅扩压因子的影响以及叶栅扩压因子与叶栅能量损失和叶片负荷的相互关系。结果表明，前掠和弯掠叶栅显著改善了叶栅根部的流动．能够有效防止气流减速造成流动分离的可能；这两种叶栅轴向逆压梯度长度和叶片负荷大小的综合作用是其扩压因子在叶片两端部小于直叶栅的原因。     

汽轮机末级动叶片大负攻角工况下的气流激振分析

在小容积流量工况下运行的大功率机组的末级动叶顶部进口气流的负攻角流动易造成叶片压力面的气流分离，在一定条件下会诱发叶片颤振。对一典型平面动叶栅大负攻角下的二维分离流场进行数值分析，得到了详细的流场信息和叶片作用力及力矩与攻角的关系。采用准定常的方法，给出了叶片发生扭转和弯曲振动时，激振流场对叶片的气动功的计算方法，并根据能量法的原理，讨论了判断叶片颤振的方法。     

一级半透平级叶片型线的气动优化设计研究

针对一级半透平级的直叶片,采用遗传算法和人工神经网络耦合气动性能分析方法,进行三维优化设计.优化设计目标是在流量和进出口气流角的约束条件下,等熵效率最大.优化设计结果表明:在流量和进出口气流角的约束条件下,相比于初始设计的一级半透平级,优化设计得到的等熵效率提高了1.67％.优化设计得到的动静叶之间的出口气流角匹配合理,减少了攻角损失;各列叶栅扩压区和扩压梯度均有减少,降低了二次流损失,提高了等熵效率.     

不同攻角下矩形缝隙叶栅流动研究

当压气机叶片负荷很大时,吸力面会发生严重的分离,在此基础上若正攻角继续增加,则叶片整个吸力面都可能发生分离,吸力面分离起始点不断向叶片前缘移动,可能出现类似外流中大攻角三角翼的非对称结构.利用数值模拟方法,采用边界层吹气技术,研究了具有68°折转角的矩形缝隙叶栅在不同攻角条件下的流动特点和气动性能.计算结果表明,叶片采用压力面到吸力面的吹气槽,在正攻角较大时能有效控制扩压叶栅中的附面层分离,消除原型叶栅中非对称的旋涡结构,降低气动损失,其中在+4°攻角下可将能量损失系数降低约12.5%,同时可使流通能力大大改善,扩大稳定工作范围.     

末级长叶片透平级气动性能的数值研究

采用数值求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和S-A湍流模型的方法研究了背压和进口流量对汽轮机低压缸末三级通流部分流场结构的影响,特别是对末级长叶片透平级气动性能的影响特性。结果表明:背压升高和进口流量降低导致末三级总总等熵效率降低;随着背压升高和进口流量降低,进口汽流角(攻角)增大,叶栅通道内出现涡流,出口汽流角增大,使得余速损失先减小后增大。在高背压和小质量流量工况下,动叶出口扩压段出现回流区,动静间隙顶部出现环形涡流。指出了末级出口相对容积流量可以作为判定背压和流量变化引起末级长叶片和低压缸通流变工况特性变化的气动参数。     

基于正交试验的压气机叶栅叶片式涡流发生器结构优化

为了最大程度地减弱叶栅角区分离,改善叶栅气动性能,对某高负荷扩压叶栅的叶片式涡流发生器进行了结构优化.基于正交试验设计方法,利用计算流体力学软件分别对不同位置和不同几何参数的涡流发生器进行全三维流场数值模拟,获得各组方案在设计攻角下叶栅的总压损失系数和静压升系数.并采用极差分析法研究了叶片式涡流发生器各几何参数对叶栅损失和扩压能力的影响规律以及各个参数不同水平对叶栅性能影响的主次顺序,找出性能较优的设计方案.结果表明:优化后的涡流发生器能在较宽的攻角范围内降低叶栅损失,提高叶栅的扩压能力.     

某型轴流压气机高压第16级叶型气动特性的试验研究

采用环形亚声速风洞气动参数测量试验方法,研究了某型轴流压气机高压第16级动、静叶型的变攻角特性。试验结果表明,对于扩压叶型,沿压力边和吸力边的流动都是先快速膨胀后扩压,扩压占流程的绝大部分,相对压力边,吸力边扩压流程长,梯度大,吸力边是叶型损失源;在相同攻角下,叶型损失正比于叶型的几何折转角,因为在试验攻角变化范围内,叶型的落后角可忽略不计。     

转捩对压气机叶片气动阻尼的影响研究

为探究转捩对压气机叶片气动阻尼的影响规律,以某压气机平面叶栅R13为研究对象,通过7通道影响系数法,分别采用转捩模型和全湍流模型,计算了进口马赫数0.6工况下不同攻角和不同叶间相位角的气动阻尼。结果表明：转捩计算得到的攻角范围比全湍流结果窄,同时转捩计算得到气动阻尼随着攻角的增大而逐渐高于全湍流结果,攻角为负值时两者相差较小;转捩和全湍流计算得到的气动阻尼在叶间相位角接近0°时差别较小,但在远离0°时差别较大;转捩影响通过叶片表面压力幅值和相位角改变叶片表面的气动功密度分布,并且主要通过影响压力相位角影响整体气动阻尼;在不同攻角和叶间相位角下,转捩和全湍流计算得到的压力相位角差别较大,导致整体气动阻尼不同;当压气机叶片表面中部存在明显的转捩现象并且攻角较大时,气动阻尼的计算需要考虑采用转捩模型。     

小型离心压气机径向扩压器复杂涡系结构分析

对某小型离心压气机进行详细数值模拟,构建径向扩压器复杂涡系结构模型,重点分析设计、堵塞、失速工况下径向扩压器内部复杂涡系结构。研究表明：径向扩压器内部涡系结构主要包括前缘涡、两个通道涡（压力面侧通道涡与吸力面侧通道涡）以及喉部涡;主叶片吸力面的前缘涡是机匣侧低能流体在展向与流向压力梯度作用下形成的,喉部涡是吸力面侧通道涡沿分流叶片前缘的回流与前缘涡构成的;喉部涡在喉部的堆积是导致径向扩压器失速的原因,径向扩压器喉部的激波则是堵塞的原因;随流量的减小,前缘涡的涡核越向相邻主叶片压力面迁移。     

Global Search of a Three-dimensional Low Solidity Circular Cascade Diffuser for Centrifugal Blowers by Meta-model Assisted Optimization

A three-dimensional blade of a low solidity circular cascade diffuser in centrifugal blowers is designed by means of a multi-point optimization technique. The optimization aims at improving static pressure coefficient at a design point and at a small flow rate condition. Moreover, a clear definition of secondary flow expressed by positive radial velocity at hub side is taken into consideration in constraints. The number of design parameters for three-dimensional blade reaches to 10 in this study, such as a radial gap, a radial chord length and mean camber angle distribution of the LSD blade with five control points, control point between hub and shroud with two design freedom. Optimization results show clear Pareto front and selected optimum design shows good improvement of pressure rise in diffuser at small flow rate conditions. It is found that three-dimensional blade has advantage to stabilize the secondary flow effect with improving pressure recovery of the low solidity circular cascade diffuser.     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

基于弯曲叶片的氦气轴流压气机优化设计

针对高负荷氦气压气机中角区分离、叶顶泄漏严重带来的效率损失问题，以单级氦气压缩机为研究对象，利用CFD方法，分析了不同弯曲角度下氦气压气机内部的角区损失和叶顶泄漏损失，并优化了现有五级轴流氦气压气机。结果表明：叶片正弯会增加端区处的静压，减少角区分离，进而降低角区损失；对动叶而言，在设计攻角下正弯也会增加前缘损失；动叶叶顶反弯使泄漏流远离下一个叶片的压力面，而合适的反弯角度可以降低叶顶泄漏量；选取合适的弯曲角度使五级轴流压气机设计点效率提高1.85%。     

Unsteady Study on the Effects of Matching Characteristic of Tandem Cascade on the Performance and Flow at Large Angle of Attack

To investigate the effects of matching characteristics of tandem cascade on the performance and flow at large angle of attack, the unsteady numerical simulation has been implemented. The influences of different turning angle ratio(TR) and chord length ratio(CR) of two blades and the relative angle of attack of rear blade(Delta) are analyzed. The numerical results indicated that the tandem cascade can obtain overall performance improvement including higher static pressure ratio and lower total pressure loss with the matching parameters in the range of TR=3～5, CR=0.5～1.2, and Delta=-15°～-5°. The separation on the front blade has more prominent impact than that on the rear blade, so the performance improvement of tandem cascade is significantly dependent on the reduction of front-blade separation and loss. Regarding the rear blade, the gap injection effect can periodically control the separation. Temporal and spatial analysis of the flow field shows that the optimal-performance cases generally have much smaller wake loss for both two blades, but the unsteady characteristics of the wake loss is more apparent than that of the poor performance cases.     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

Control of secondary flow in a low solidity circular cascade diffuser

According to the previous experimental works on the low solidity circular cascade diffuser (LSD), a pressure recovery of a centrifugal blower was improved by the LSD significantly in a wide range of flow rate, and the pres-sure recovery was improved further by the LSD with a tandem cascade in comparison with the LSD with a sin-gle-row cascade. In the present study, the flow behavior in the LSD with the tandem cascade has been analyzed numerically by using the commercial CFD code of ANSYS-CFX12. It was shown clearly that the higher pressure recovery was achieved by applying the LSD with the tandem cascade, and the high pressure recovery is based on the high pressure rise in the vaneless space upstream of the LSD and the high blade loading of the front blade of the LSD. The high pressure recovery in the LSD could be achieved by controlling the flow separation on the suc-tion surface of the front blade and also on that of the rear blade due to formation of the favorable secondary flow and due to increase in mass flow passing through the slit section between the front and rear blades.     

最大厚度位置对高亚音轴流压气机叶型设计的影响

为了在具有不同负荷的压气机叶栅的初始设计过程中选取最大厚度位置,采用数值方法对在不同折转角的高亚音来流条件下对扩压叶栅进行了大量的系统性研究,分析了最大厚度位置、折转角以及稠度3个叶栅几何参数对叶栅变冲角特性以及对最小损失冲角下的叶栅气动性能的影响规律.基于大量叶栅样本建立数学模型,用来定量描述最小损失冲角,以及最小损...