半开式离心叶轮自循环机匣处理扩稳机理研究

为了改善传统的机匣处理在取得扩稳效果的同时伴随着叶轮绝热效率的下降,提出了一种新式的自循环机匣处理结构,并针对LSCC离心叶轮利用数值仿真的方法研究了处理的扩稳机理。分析表明,自循环机匣处理能有效的延迟失速的发生并在近失速区域略微提高压气机的绝热效率以及总压比。通过详细的流场仿真表明,用循环形式的机匣处理结构能有效地增大进口轴向速度以及叶顶区的气流进气角度,抑制了间隙泄漏涡在叶顶通道内的发展,从而减少叶轮叶顶区域的流动损失。     

槽深对跨音速压气机稳定性影响的数值仿真

为了研究不同槽深下的周向槽对压气机稳定性的影响,由于带槽结构下的转子37失速类型仍是叶尖失速,但是带周向槽结构的主要失速因素是叶尖间隙的泄漏涡,且不同轴向位置的周向槽所造成的损失也是不同的。为解决上述问题,利用NUMECA软件和系统的数值模型对某跨音速压气机进行了数值仿真,对三类带周向槽结构的计算结果进行了分析,结果表明,设计中讨论最佳槽深应先给定效率损失要求,并且应以研究最佳槽位置的选择为主。对压气机周向槽处理机匣的设计,不一定要设计涉及整个叶片的处理机匣。对于跨音速压气机在叶尖泄漏涡严重的位置优化设计,可提高压气机稳定性能。     

轴流压气机周向槽扩稳机理的有效利用

利用NUMECA软件数值模拟了某单级亚音轴流压气机在不同转速下的工作,在验证了数值模型的可靠性后,对压气机进行了多种周向槽结构的数值模拟。结果表明,周向槽扩稳的有效性并不单纯依赖于机匣的处理面积和槽深,而是更取决于有效的处理位置。当处理位置合适时可以以较少的槽数和较小的槽深达到较佳的处理效果。最佳槽深的设计应与失速类型以及压气机的类型紧密相关。对亚音压气机其槽深应根据扩稳要求和压气机的性能要求来设计,一定的槽深是一定的扩稳效果的前提。     

轴流压气机非轴对称轮毂造型对间隙流控制研究

对带静子间隙的单级轴流压气机进行了全三维数值模拟,流场分析表明静子间隙泄漏流在通道端壁区引起较大的流动分离。为控制流动损失,对静子轮毂进行了非轴对称造型,造型后的压气机总性能得到改善。流场分析表明:非轴对称端壁造型改变了壁面静压分布,改善了间隙泄漏流在通道内的流动结构,消除了通道出口处的回流损失区,使压气机总压比增加,等熵效率提高0.9%。     

轴流压缩机亚音速叶片的三维气动优化设计

以某单级轴流压缩机亚音速叶片为研究对象,运用Numeca中的全三维优化设计平台Design 3D,采用了三维N-S方程流场计算、网格自动生成、人工神经网络与遗传算法寻优相结合的方法对其进行了三维叶片型线优化设计。通过流场分析,优化效果显著。     

周向槽机匣处理的数值研究及扩稳机理分析

结合周向槽机匣处理试验结果,采用全三维的数值方法对带周向槽机匣处理的亚音速轴流压气机内部流动进行研究。试验与数值结果均表明周向槽机匣处理能扩大压气机的稳定工作范围,同时略微地降低压气机效率。在两个转速下,数值模拟结果与试验结果符合良好。通过详细地分析压气机叶顶流场表明实体壁机匣时,触发该压气机失速的主要原因是间隙泄漏涡涡核破碎,使得叶顶通道堵塞程度严重。采取周向槽机匣处理能降低产生叶尖泄漏运动的驱动力,有效地削弱了间隙泄漏流造成的负面影响。与此同时,周向槽具有抽吸或吹除机匣端壁区低相对总压流体的能力,使低能气团在叶顶通道堆积的范围大为缩小,提高了叶顶通道内的流通能力。     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

高负荷跨音速轴流压气机的叶型优化设计

研究轴流压气机优化设计问题,在高负荷跨音速轴流压气机相应的叶型优化设计工作中,针对压气机等熵效率过低,由于转子叶顶通道出现流动分离,导致损失过大。为提高等熵效率,结合人工神经网络与遗传算法对压气机转子的吸力面50%叶展以上叶型进行调整。优化后的新叶型可以有效地改善叶顶流动结构,抑制分离,在总压比基本不变的情况下使压气机峰值效率提升约1.7试验证明,叶型优化设计有显著效果,同时也指出了单一优化方案的局限性。     

减振阻尼台对风扇性能影响的数值仿真

研究某双级跨音风扇的减振阻尼台结构进行简化问题,为提高风扇稳定裕度和减少流动损失,对风扇进行数值仿真以及机匣处理的过程中,证明阻尼台结构对风扇的影响是不可忽略.通过对比分析带阻尼台和不带阻尼台风扇相同转速下的性能曲线,阻尼台的引入不仅使风扇的压比和效率有所下降,而且对稳定边界也有所影响.对两种模型下风扇的内部流场进行了对比分析,仿真结果表明,由于阻尼台的引入,使得流场中的微观流动结构发生了变化,已提高了风扇的稳定性.因此,为随后进行的对风扇流动稳定性分析以及机匣处理设计,提供了可靠的依据.     

轴流压气机转子叶顶凹槽及其改进结构研究

为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄漏流流量,但转子效率和失速裕度均有所下降,主要因为叶顶泄漏流在逆压梯度的作用下沿槽内向叶顶前缘方向流动,使前缘附近泄漏流反流程度增大,造成二次流损失及通道堵塞程度增大;凹槽深度是影响转子气动性能的主要因素。将叶顶凹槽分割开形成叶顶篦齿结构,在效率下降很小的情况下提高了转子的失速裕度;通过调整篦齿位置可进一步提高转子的气动性能;叶顶篦齿的应用存在特定的叶顶间隙范围。