双列叶栅扩压器在增压器上的应用

本文通过在45GP130增压器上（用于海拔3600米高原内燃机车上高压比增压器,设计工况时的压比＝3.5,流量＝3.5公斤/秒）的两个不同叶轮K 1,K 2与机翼形双列叶栅扩压器和单列三角形扩压器进行了匹配试验,从试验特性曲线看出：双列扩压器明显地改善了离心压气机性能;不但等转速线平坦,加宽了流量范围,而对应点的压比,效率均高,高效区比单列扩压器宽度。试验结果证明,双列优于单列。     

正转逆流工况下离心压气机挡板设计及特性分析

IPU是APU和EPU高度融合的产物。在EPU模式下,为了不使离心压气机空转导致温度过高,离心压气机处于正转逆流工况。为了满足EPU模式下压气机流量、功耗的要求,采用数值模拟方法,分析流动现象,完成扩压器出口挡板的设计。结果表明:正转逆流工况下离心压气机先对逆流气体做功,之后逆流气体对压气机做功;扩压器出口挡板缝隙存在临界面积,出口挡板缝隙面积大于临界面积时,压气机正转逆流功耗和流量不随挡板缝隙面积变化而变化;扩压器出口挡板缝隙为条形缝隙,缝隙面积占出口总面积的2.6%～1.9%,高压气源压力选择450～800 k Pa。     

Z305压气机内部流场数值分析及扩压器结构优化

为分析叶轮和扩压器耦合作用下的压气机内部流场,在级环境下对Z305增压器离心压气机进行了数值研究,结果表明该压气机的工作范围较狭窄和整级效率较低的原因在于叶轮出口段到扩压器进口处都存在较大的涡流区。通过减少扩压器叶片数和缩短叶片尾缘的长度,改善了叶轮和扩压器的耦合关系,使得压气机工作范围和在多工况下的效率和压比等性能参数都明显提高。     

增压器压气机流动分析与全工况优化

对某涡轮增压器的压气机进行了整机数值模拟与流动分析,发现其内部流动效率低,工作范围窄,扩压器内存在的一个较大旋涡造成了大量流动损失。针对以上问题,本文应用商业设计软件对该压气机进行重新设计,并通过三维CFD软件对多种设计方案进行检验计算,最终得到较优的设计结果。最终设计得到的离心压气机在设计点的各项性能参数均达到了设计要求,压气机内部流场得到了很大改善,整机流动效率提高了4.09%,并且在设计转速下具有更为宽广的稳定工作范围。设计结果表明,叶轮子午流道转弯半径对叶轮内部流动影响显著。     

高原环境增压器离心压气机特性试验研究

针对所研制的高压比涡轮增压器压气机,基于构建的进气高原模拟试验台架,开展高原环境下车用增压器压气机特性试验分析与研究,以探讨高压比压气机高原特性的变化规律,并获得相应的验模试验数据。结果表明：在高原环境下,随着海拔的升高,压气机质量流量减小,同转速下最高压比基本保持不变,效率、雷诺数有所降低。海拔自1 000 m升高至4 500 m,质量流量减小26%~44%,效率降低1%~3.5%,压气机进口气体雷诺数降低约30%,近50%以上工况不满足雷诺数处于自模区假设。同时,压气机稳定工作流量范围拓宽,最高可拓宽11%,发生在高压比高转速工况。随海拔的升高,压气机体积流量减小,体积流量特性变化幅度较小,约3%(小于折合质量流量变化特性);因此,忽略系统效应的喘振线差异,可以采用体积流量特性进行变海拔高原环境离心压气机特性及内部流动对比研究。在高原环境下,以折合参数绘制的通用特性与零海拔特性差别较大,尤其是4 500 m海拔,不具备较好的可比性和参照性;而以相似参数绘制的通用特性同时也存在差异,但与折合流量特性、实际流量特性相比,随海拔变化最小,可用于不同海拔特性对比研究。由于雷诺数变化的影响,离心压气机特性随海拔高度存在差异,以马赫数相似为基础的特性曲线绘制方法存在偏差,不再有效;此时,对压气机在高原特性的研究,需要采用实际流量和实际转速;但在不同海拔特性曲线对比研究方面,采用相似参数为基础绘制的特性曲线具有较好的直观可比性。     

高压比跨声速离心压气机设计研究

为探索高压比跨声速离心压气机级的快速设计方法,以级总压比7.0为目标,采用自行开发的离心压气机快速设计程序,设计了一单级跨声速离心压气机,并采用适应于高进口马赫数的低稠度最大厚度后移的双圆弧叶型叶片扩压器,保证压气机级有较宽的稳定工作流量范围。经CFD软件对设计的压气机进行性能预测表明,初步设计的离心压气机叶片扩压器扩张角过大,造成叶片尾缘出现严重回流。通过调整叶片厚度和中心线折转角减小了扩张角,改进后的离心压气机设计点总压比为8.305,等熵效率为81.8%。     

变流量工况下小型离心压气机多目标优化设计

为提高离心压气机变流量工况下的性能,基于三维流场分析研究了离心压气机叶片几何参数对其变工况气动性能的影响规律;基于相关性分析建立了降阶的优化设 计变量空间,采用拉丁超立方试验设计、Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法进行了离心压气机叶轮变流量工况多目标优化。优化后,叶轮设计流量的压比提高6.43%,效率提高3.99%;小流量时压比提高5.62%,效率提高3.52%;内部流动损失减少,喘振流量减小2.7%,阻塞流量增加6.85%,稳定工作范围得到扩宽。     

雷诺数对跨音速压气机转子性能的影响

为了研究雷诺数对跨音速压气机转子性能的影响,基于NUMECA流场仿真软件对NASA设计压缩机进口级转子37进行气动研究。对比分析了不同进气压力下,Rotor37总体气动性能和内部流动细节。不同入口压力对应不同雷诺数。结果表明,在满足几何不变,压比不变,转速不变,入口总温不变的条件下,雷诺数进入自模化区后,基本可以忽视雷诺数对压气机转子气动性能的影响。在不考虑叶片粗糙度的情况下,雷诺数为设计雷诺数47倍时,绝热效率-流量特性曲线总体效率升高,最大绝热效率升高1.4%;压比-流量特性曲线向压比更高,折合流量更大偏移,最大压比几乎不变;当压力升高雷诺数升高后,压气机转子稳定运行区间宽度基本不变。     

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。     

径向间隙对离心压气机性能影响的数值研究

通过自主开发的CFD求解器NUAA Turbo,对带有楔形扩压器的离心压气机进行定常和非定常数值研究,通过改变叶轮和扩压器间的径向间隙,研究其对离心压气机性能的影响.研究发现:较小的径向间隙能够抑制扩压器压力面的分离,高载荷压力面的卸载提升了扩压器叶片通道的扩压能力.     

离心压气机改型设计及扩压器前掠分析

本文主要研究单级离心压气机的改型设计,并采用数值方法对楔形扩压器前掠展开了详细研究。在保持原有压气机叶轮外径不增加、流量和设计转速不变的条件下,将压比由4.0提高到4.5。在设计离心叶轮时,首先需要确定叶轮后弯角,为了真实评估叶轮后弯角对离心压气机效率和稳定性的影响,详细设计了后弯角为20°,25°,30°和35°的三维叶轮以及相匹配的楔形扩压器,最终选择35°后弯角叶轮。其次,后弯角为35°叶轮的设计点压比相对于设计目标偏低,将hub处弯角减小到30°达到增加设计点压比。最后,考虑到楔形扩压器各截面载荷的不同,研究了楔形扩压器前掠对性能影响。     

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%。     

电动增压器对废气涡轮增压器影响的试验研究

利用交流电动增压器串联于增压中冷公交车增压气路中消除加速烟度。利用电动增压器可瞬间增大增压柴油机自由加速时进入柴油机缸内的新鲜空气,同时增大废气涡轮增压器的角加速度,提高其动态响应,改善柴油机的低速性能。通过不同压气机型号电动增压器流量特性与工作电流特性试验以及道路试验的试验数据,证明增大电动增压器压气机叶轮直径可增大进气流量,更大幅度地提高废气涡轮增压器的动态响应。引入压气机特性参数数学表达式,分析电动增压器辅助增压时,对废气涡轮增压器的影响以及对其动态响应的影响。电动增压器可增大柴油机自由加速时废气涡轮增压器的角加速度,且电动增压器的质量流量越大,角加速度增大越明显。而质量流量越大,电动增压器消耗的功率越大。利用压气机叶轮直径为90 mm的电动增压器可将原机自由加速烟度降低54%左右。     

发动机核心机试验性能偏离问题研究

本文针对核心机试验性能偏离问题开展研究,分析了部件特性偏离、引气偏离、其它损失偏离和关键几何偏离对核心机试验性能的影响。分析结果表明：高压涡轮转子引气、压气机出口漏气、高压涡轮效率和压气机中间级引气变化对核心机性能的影响较大,是造成核心机试验性能偏离的主要原因,燃烧效率、高压涡轮导叶引气、压气机压比和压气机进口流量对核心机试验性能的影响较小。     

转子叶尖尾缘端削对轴流压气机失速裕度的影响机理北大核心CSCD

针对某型航空发动机压气机转子叶片尾缘出现的叶尖掉块问题,设计了两种叶片尾缘端削方案,并评估了两种端削方式对压气机级性能的影响,揭示了压气机的失速机理及端削对失速裕度的影响机理。结果表明,端削使压气机的压比裕度降低约0.5%,将压气机的流量裕度提升1%以上,整体上对压气机效率的影响较小;通过对流场的定量分析发现,压气机的失速由转子叶根附近叶片吸力面附面层的分离诱发;转子叶尖尾缘端削改变了整个叶高范围内流量的径向分布,并通过提高转子叶根附近的流量降低了附面层的分离程度,进而提升了压气机的流量裕度;采用叶片尾缘斜切的端削方式对压气机性能的影响更小,可以作为解决叶尖掉块的一种处理方法。     

基于MDO方法的离心式压气机设计系统

针对离心式压气机设计中存在流-热-固耦合的问题,文中进行离心式压气机的多学科设计优化研究,基于多学科可行方法,建立离心式压气机的多学科设计优化系统.利用非均匀有理B样条曲线和五次多项式,分别构建径流式叶片型线和扩压器叶片型线,通过特征造型技术,建立离心式压气机参数化模型.采用线性插值方法和网格重生成方法,完成对温度、气压和变形耦合信息传递.在压气机参数化建模和多学科耦合分析的基础上,以总压比、等熵效率和流量为优化目标,对某离心式压气机进行设计优化,实现其综合性能的改善.所建多学科设计优化系统可以推广到其他多场耦合系统的设计.     

高速离心压气机变工况模拟及叶轮叶片优化研究

离心压气机作为增压器核心部件,对增压器性能有决定性影响.利用CFD模拟软件ANSyS-Fluent,以某型涡轮增压器核心部件—压气机为研究对象,进行了设计转速下的变工况数值模拟,得到了不同质量流量下离心压气机的内流场数据,通过与实验数据进行对比,验证了仿真模拟的正确性.在额定工况下,对后弯叶轮叶片出口段沿旋转方向不同倾...     

基于机器学习的斜流压气机多目标优化

针对100公斤级涡喷发动机,为了提高斜流压气机性能,利用编码搭建的BP神经网络-遗传算法平台,对叶轮入口轮毂半径、叶轮叶片数、扩压器轴向长度和扩压器叶片数进行压气机级的多目标优化。结果表明:优化后的压气级总压比提高了3.2%,等熵效率提高了7.9%,工作稳定性大幅度提高;优化后的斜流压气机叶轮出口处的泄漏流得到明显的改善,扩压器转弯段逆压梯度和附面层影响减小。     

长叶片扩压器稠度对气动性能影响研究

以某离心压缩机为研究对象,通过改变长叶片扩压器的叶片数和叶片弦长2种方式对叶片稠度进行改变,利用数值模拟方法,以最大效率和稳定工作范围为判断依据,结合特性曲线,针对长叶片扩压器稠度的变化范围,分析了长叶片稠度的改变对离心压缩机气动性能的影响。得出如下结论:针对长叶片扩压器,不同于传统对扩压器最优稠度的选择,扩压器的稠度值在1.203 3附近时离心压缩机能达到较高的等熵效率和压比,同时具有较宽的稳定工作范围。     

船用压气机气动噪声源频谱特性数值研究

以某型号大型船用涡轮增压器压气机为研究对象,以CFD软件为平台,利用具有k-ε双方程湍流模型的NS方程计算了压气机的三维黏性非定常流场特性。采用Ffowcs Williams-Hawkings方程(简称FW-H方程)对压气机的离散噪声进行了分析,并与经验公式进行了比较。深入研究了不同转速、流量对压气机气动噪声的影响。分析表明,叶轮内气动噪声水平较高,是主要噪声源;转速对于离散噪声影响较大,转速增加一倍,声压级上升约14dB;同一转速下,流量的降低将导致噪声幅值增加,但相对于转速变化其影响较小。