叶片倾角对燃料电池低比转速离心压气机性能的影响研究

建立了某燃料电池汽车专用低比转速离心压气机三维仿真模型,研究其叶轮叶片倾角对于压气机整体性能的影响作用与流动机理。研究结果表明：在设计工况点附近叶片倾角0°与20°时相比压气机压比、效率无明显变化,大流量下叶片倾角20°效率、压比均有所降低。低转速时叶片倾角改变对于压气机功率影响作用较小,但当转速提升至60 000 r/min后,20°倾角相对0°倾角压气机整体功率下降了约2%。     

跨音轴流压气机自循环喷气扩稳试验研究

轴流风扇/压气机稳定性控制一直叶轮机械领域迫切需要解决的难题,特别是对于内部流动复杂的跨音转子。提出以自循环喷气方式作为控制手段,并在一台单级跨音风扇/压气机上进行试验研究。试验中通过自行设计自循环机构在压气机上进行基于自循环的叶顶喷气研究,并考察不同抽气角度和喷气偏航角对压气机稳定裕度和效率的影响,并通过测量机匣壁面非定常压力信号对跨音压气机自循环喷气机构中前端喷气的扩稳机理进行分析。试验结果表明:自循环喷气能够有效拓宽跨音压气机的流动失稳裕度,并取得了8%~15%的扩稳效果,而且能够略微提高压气机峰值点的效率。另外,通过功率谱密度分析,前端叶顶喷气的扩稳机理仍然是影响叶顶间隙泄漏流的非定常性。     

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。     

某型燃机压气机级内抽气数值研究

根据流体动力学理论,采用CFD软件对某型燃机压气机级内抽气段进行了三维流动特性的数值模拟,获得不同进出口压差下抽气流量的变化情况,以满足实际工程分析的需要.     

基于NUMECA的某型燃机压气机数值分析

采用低雷诺数Spalart-Allmaras模型和三维RANS方程求解方法,以某型燃气轮机的低压压气机为研究对象,应用三维流体计算软件NUMECA,完成了该压气机的三维通流数值计算,分析了叶型设计特点、损失分布特点、三维流场特性等。     

Time-dependent vibration frequency reliability analysis of blade vibration of compressor wheel of turbocharger for vehicle application

Blade vibration failure is one of the main failure modes of compressor wheel of turbocharger for vehicle application. The existing models for evaluating the reliability of blade vibration of compressor wheel are static, and can not reflect the relationship between the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode and the life parameter. For the blade vibration failure mode of compressor wheel of turbocharger, the reliability evaluation method is studied. Taking a compressor wheel of turbocharger for vehicle application as an example, the blade vibration characteristics and how they change with the operating parameters of turbocharger are analyzed. The failure criterion for blade vibration mode of compressor wheel is built with the Campbell diagram, and taking the effect of the dispersity of blade natural vibration frequency and randomness of turbocharger operating speed into account, time-dependent reliability models of compressor wheel with blade vibration failure mode are derived, which embody the parameters of blade natural vibration frequency, turbocharger operating speed, the blade number of compressor wheel, life index and minimum number of resonance, etc. Finally, the rule governing the reliability and failure rate of compressor wheel and the method for determining the reliable life of compressor with blade vibration is presented. A method is proposed to evaluate the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode time-dependently.     

低比转速离心压气机子午型线多目标优化设计北大核心CSCD

以某前/尾缘组合掠型低比转速离心压气机叶轮为研究对象,选取叶轮子午流道型线控制点坐标作为优化变量,结合拉丁超立方试验设计方法构建样本数据库。通过样本数据的训练,建立探索优化变量与气动性能之间非线性关系的Kriging预测模型。基于预测模型,采用SPEA–Ⅱ多目标优化算法进行多变量寻优,以实现设计工况和非设计工况下等熵效率最大化,并对叶轮流场进行整级计算和分析。优化结果表明:设计工况和非设计工况下,压气机等熵效率分别提高了2.69和0.45个百分点;整级压比在大流量工况有所提升,而在小流量工况略有降低;堵塞流量增大,稳定运行范围拓宽。从叶轮流场可以看出,优化后叶轮子午流道前段曲率减小,流道间隙泄漏和流动分离受到抑制;后端流道高度降低,流道扩压度减小,增加了出口处气流速度,低速流团的流动损失降低。     

旋转爆震涡喷组合发动机设计点计算模型研究

提出了一种旋转爆震涡喷组合发动机构型,并基于GSP计算平台针对该组合发动机搭建了总体性能 分析模型,针对爆震燃烧模块建立了气动热力学等效计算模型,重点进行了发动机设计点循环参数选择和性 能敏感度分析计算。根据建立的模型,研究并分析了不同设计点的选择对组合发动机循环参数选择的影响, 获得了爆震燃烧室出口温度的变化以及从涡轮机引气给爆震燃烧室的最佳引气比例（文中定义为分流比）对 组合发动机性能的影响规律。结果表明：可满足该组合发动机性能需求的最优设计点涡轮前温度和压气机 压比分别为1 173 K和6.5;组合发动机推力性能随爆震燃烧室出口温度升高而提高,燃油经济性随爆震燃烧 室出口温度升高而降低;控制其他变量不变,发动机推力随分流比增大而增大,耗油率随分流比增大而升高; 在H=15 km、Ma =2的巡航状态点,组合发动机推力最大时对应的分流比为0.45。     

压气机钛合金叶片外物损伤规律数值仿真研究

为研究不同因素对压气机叶片外物损伤的影响规律,使用LS-DYNA软件对某型高压压气机叶片外物冲击损伤过程进行数值仿真,开展部分工况下外物损伤试验并进行对比,以验证仿真模型的准确性。结果表明:数值仿真计算得到的损伤尺寸以及形貌与试验数据吻合良好。外物材料类型对冲击损伤影响十分明显,材料密度及硬度越大,损伤宽度与深度越大;高脆性材料造成的损伤尺寸较小。损伤尺寸与冲击能量之间呈现出正相关关系,主要表现在外物尺寸与冲击速度上。冲击角度对损伤尺寸影响较小。     

砂粒粒径对航空涡轴发动机压气机叶片冲蚀磨损的影响研究

高原、沙漠和沿海等服役环境中不同粒径的砂粒不可避免地对涡轴发动机压气机叶片造成冲蚀磨损,破坏叶片叶型和动力学特性,严重危及涡轴发动机使用寿命和直升机飞行安全。基于Finnie冲蚀磨损理论推导了颗粒对金属表面的磨损率表达式,分析颗粒粒径对材料冲蚀磨损率的影响,以某型涡轴发动机压气机动叶和静叶为研究对象,设计搭建砂粒冲击速度测试装置和钛合金冲蚀磨损实验装置,通过典型砂粒粒径下冲蚀磨损实验获取磨损率表达式中与靶材材料和冲击速度相关的关键参数,结合气固两相流动力学分析开展砂粒粒径对压气机动叶和静叶冲蚀磨损的影响研究。结果表明：砂粒粒径与冲击速度存在内在关联,材料冲蚀磨损率与砂粒冲击速度呈幂函数关系。实验条件下,砂粒粒径由177 μm增至423 μm时,其冲击速度平均降低约17%。压气机动叶和静叶的磨损集中区域不随砂粒粒径的改变而变化,但磨损程度差异明显,其中177 μm砂粒对动叶和静叶造成的最大冲蚀磨损率浓度值相比423μm砂粒分别增加91%和131%。研究结果为涡轴发动机压气机叶片抗磨损设计提供了理论参考。