体积力模型在模拟轴流压气机进气畸变中的应用

该文推导了跨声速轴流式压气机的周向平均体积力模型,并在商用软件Ansys CFX上搭建了数值计算平台。该平台将代替叶片对流体作用力和做功量的周向体积力模型以源项的形式添加到Ansys CFX的三维控制方程中,发展形成了一种更加高速有效的压气机进气畸变数值计算方法。采用该计算方法进行NASA Stage 37单级跨声速压气机全流道模拟,计算了在70%设计转速、均匀进气工况下的压气机性能特性和流场分布,并与实验结果进行对比分析。结果表明,两者能很好地吻合一致,验证了计算方法的可行性和计算结果的准确性。在此基础上,采用该计算方法对该压气机在周向进气畸变条件下的性能和流场进行了预测,模拟结果也很好地反映了畸变来流对压气机特性的影响。     

进口总压畸变条件下离心压气机流动失稳特性的数值研究

采用数值模拟方法对比分析了畸变进口与均匀进口条件下离心压气机的气动性能。结果发现,离心压气机展现出一定的抗畸变能力,总压畸变对压气机整体性能未造成显著影响。进一步的分析表明,在均匀来流条件下,随着流量的降低,主叶片和分流叶片之间的低速区逐渐向叶顶区域发展,阻碍主流流动,相互排挤并由叶顶间隙溢出;畸变来流条件下,在近失速工况点时,叶顶沿流向流动出现局部负速度,叶顶泄漏涡前移,在进口畸变产生的低压区内吸力面流动分离增大,进而演变出龙卷风涡阻塞流道,并影响到相邻叶片,引发前缘溢流;通过Q-准则方法发现,在畸变来流条件下,近失速工况下的涡结构分为前缘失速涡、叶顶间隙泄漏涡、通道涡和前缘溢出涡。     

轴流压气机进气旋流畸变实验与仿真研究

为深入分析旋流畸变问题,发现叶片式旋流畸变发生器产生旋流流场的机理和旋流畸变对压气机稳定性的影响机制,本文开展了旋流畸变发生器与压气机的耦合数值仿真。分析计算结果,认为叶尖脱落涡的叠加效应是产生旋流的主要机理,旋流结构对转子叶尖区域的扰流作用是造成转子提前失速的重要原因。建立了S弯进气道仿真模型,通过对S弯进气道与高亚声速压气机进行耦合仿真计算,研究了S弯进气道出口旋流流场的形成机制,初步探讨了S弯进气道出口旋流流场对压气机稳定性的影响。S弯进气道出口形成的对涡结构靠近压气机机匣,这种局部的涡结构会影响部分转子叶片叶顶区域的流动结构,从而导致压气机失速边界右移。     

汽油机进气歧管数值计算方法研究

针对两种数值计算方法（四口全通、三闭一通）影响进气歧管的流场特性和进气均匀性计算结果的问题,分别采用这两种数值计算方法对某四缸汽油机的两款进气歧管进行了CFD计算,分析了两种数值方法获得的进气阻力和进气均匀性计算结果。同时,建立了相应的发动机试验白架,通过分析两款进气歧管对发动机的动力性、经济性及运行平稳性的试验数据来验证数值计算方法的可靠性。研究结果表明：采用“四口全通”和“三三闭一通”这两种数值计算方法获得的进气阻力变化趋势一致,两者都适用于进气阻力仿真分析;两种数值计算方法的进气均匀性计算结果差异很大;“三闭一通”数值计算方法更加适用于进气歧管进气均匀性分析。     

整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性影响的数值研究

为研究整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性的影响,本文采用气腔模型来研究压气机出口的容腔效应,分别模拟了均匀进气以及不同旋流强度的正向及负向整体涡旋流畸变作用下,组合式压气机的喘振过程。研究发现,正向整体涡旋流畸变作用下,离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的正向旋流,一定程度上抑制了叶轮内的流动分离;相反地,负向整体涡旋流畸变作用下,离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的负向旋流,使叶轮内的流动分离加剧甚至引发回流,使得压气机系统进入深度喘振工况。正向整体涡旋流畸变的旋流强度越大,组合式压气机的喘振圈及喘振频率越小;负向整体涡旋流畸变作用下,旋流强度越大,喘振圈越大、喘振频率越高。     

轴流压气机特性计算模型的研究

提出了一套计算多级轴流压气机变工况的损失模型和落后角模型。用射线误差表示法表示了２台不同设计规律、不同翼型的多级轴流压气机的试验特性与计算特性线之间的误差。比较了１台２级轴流压气机的速度场的试验值与计算值，证明本模型具有较高的精度和较大通用性，所采用的射线误差表示法适用于单级及多级压气机的误差表示     

45°周向压力畸变对轴流压气机流动影响的试验研究

借助于某高速轴流压气机试验台,研究了45°周向总压畸变对轴流压气机转子绝对流动角的影响,初步探索了周向压力畸变引起的转子进口/出口绝对流动角变化的规律.结果表明,在45°周向总压畸变情况下,压气机转子的进口绝对流动角在周向受到影响的范围大约为90°(即畸变扰动区),转子出口的气流绝对流动角的畸变扰动区沿着周向大约为75°.气流绝对流动角在沿转动方向进入畸变扰动区时开始增加,在畸变网边缘达到正向最大值(与转动方向同为正);然后逐渐减小,在跨出畸变网的边缘得到负的最大值;随后又慢慢增加,跨出畸变扰动区.并且,随着换算质量流量的减少,转子进口绝对流动角变化不明显,而转子出口的绝对流动角则明显增加.     

畸变进气条件下矿用对旋主通风机旋转失速机理研究

为了揭示畸变进气条件下压入式矿用对旋风机的旋转失速机理,基于分离涡模拟方法与节流阀模型,对旋风机内部的非定常流动开展了数值模拟与分析。结果表明：对旋风机两级叶轮内的失速起始扰动均为“突发型”,均首先发生于叶顶区域,但前级叶轮较后级叶轮更早地进入旋转失速状态。后级叶轮叶根区域也同样出现了扰动,但该处扰动是独立产生和发展的。另外,两级叶轮内失速团的传播均是通过相邻叶片通道流入的反流与本叶片通道流出的反流所引起的失速团扰动强度沿叶轮周向的变化来实现的,前级叶轮内失速起始扰动与失速团的传播速度分别为叶轮转速的60.9%和35%,后级叶轮内二者的传播速度分别为叶轮转速的55%和46%。     

进气畸变条件下低速轴流风机噪声的试验研究

根据噪声测量试验结果，分析了径向进气畸变和周向进气畸变对轴流冷却风扇气动噪声的影响。     

进气畸变对发动机压缩系统稳定性影响的数值模拟

介绍了一种在发动机环境下评定航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的数学物理模型。研究了进气畸变对航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的影响。对总压畸变进气条件下压气机稳定工作边界的变化进行了计算分析,结果表明进气总压畸变对发动机稳定性有很大的影响,使得压气机稳定工作边界在压气机的特性图中向右下方移动,降低了发动机的喘振裕度。主要数学物理模型可以正确地反映发动机压缩系统的工作状况,用它判断发动机不稳定工作点的重复性和灵敏度都比较好。     

离心压缩机径向进气室设计方法

在深刻理解径向进气室结构特征与气体流动特性的基础上,通过分析各通道截面属性,建立起进气室的参数化设计模型,以作为其复杂实体结构精确绘制的理论基础。开发出一套基于SolidWorks三维软件的径向进气室参数化设计模块,可以简化其复杂实体结构的设计过程,并提高设计精度和工作效率。     

离心式压缩机可调进口导叶研究综述

综述了国内外对离心式压缩机可调进口导叶的研究状况，概括性地分类介绍了目前研究热点中取得的成绩和面临的问题，并对相关问题进行了探讨。     

测取往复压缩机气缸压力的新方法

目前，测取气缸压力变化一般采用在气缸壁开测压通道的方式，这不仅给实际操作带来了困难，而且极可能损坏整个气缸。提出了将测压通道布置在气阀螺栓上的方法，并介绍了该方法对气阀安全性的影响、传感器的布置及密封措施，分析了测压通道带来的测试误差，提出修正方法，并给出了应用实例。     

离心压缩机进气室的结构改进

采用数值模拟方法对某一离心压缩机进气室内部全三维有粘流场进行了详细的分析．得到了进气室内各主要气动参数的分布情况。通过在进气室喉部增加导叶以及对导叶出口弯道型线进行改进等方法有效减小了进气室内的气流分离。数值计算结果表明,改进后计算模型出口多变效率提高约1．5％,效果显著。     

改变进气通道结构提高离心压缩机进口导叶调节性能

改变离心压缩机的进气通道结构,以提高其进口导叶的调节性能。根据对预旋、阻力影响因素的定性分析,提出了增加导叶尾缘处当量预旋半径的改进思路。基于该思路设计了6种改进方案,并通过数值模拟对各方案的改进效果以及改进思路的合理性进行了验证。     

离心压缩机径向吸气室性能改进的数值研究

径向吸气室作为离心压缩机中重要的静止元件逐渐获得了行业内研究人员的重视。本文基于数值模拟方法,以一台离心压缩机的径向吸气室为研究对象,对其某些几何参数和结构进行了改进。结果表明,改进后吸气室内部的气体流动得到改善,在设计流量下吸气室的总压损失系数明显下降,多变效率提高了5%,吸气室出口气流参数分布的均匀性也有所改善。     

某工业轴流压缩机进气蜗壳数值研究

以某工业轴流压缩机的进气蜗壳为研究对象,通过改变进口形状、增加导流肋板进行改型设计,采用CFX软件进行流体动力学计算,分析改型设计对进气蜗壳气动性能的影响。     

离心式压缩机空间交叉进气孔加工工艺研究

阐述了离心式压缩机机壳进气孔的加工工艺。这些孔为空间交叉,通过前期的分析,后期的探索与实践,对加工中的每一步精确地控制,很好地保证了空间交叉孔的位置度和直线度要求。     

来流附面层对吸附式压气机叶栅影响的数值研究

数值研究低速条件下来流附面层特性对吸附式压气机叶栅气动性能的影响,在不同正冲角时,设计不同方案的附面层厚度分布,对比分析叶栅出口气动参数的分布以及叶栅内的三维流场结构,讨论不同来流附面层情况下在压气机叶栅中采用附面层吸除的效果。结果表明,数值模拟结果与试验数据有较好的一致性;附面层厚度的增加导致角区流动三维性增强,且变冲角性能下降,二次流横向作用和角区范围的增加使得附面层抽吸效果减弱;当来流附面层厚度增加时,通过增加抽吸量可以有效降低强吸附式压气机叶栅的损失,变冲角性能得到改善。     

大流量离心压缩机进气室优化设计

本文以某大流量离心式压缩机进气室为研究对象,使用CFD分析软件NUMECA计算进气室内的流场状态,认为叶轮进口处的流场均匀性较差是导致级效率下降的主要原因,并针对这一情况,在进气室环形收敛通道内加入薄型静止导叶,用于改善叶轮进口处的周向流场均匀性。计算结果表明:安装静止导叶后,压缩机级效率和级压比都有明显提高。