氦压气机转子叶顶间隙结构研究

为了解决高负荷设计方法导致高负荷氦气压气机叶顶泄漏问题,本文采用数值模拟的方法,对氦压气机转子叶顶间隙泄漏涡形成机理、转子上端壁间隙结构控制机理及其对叶顶间隙泄漏涡的控制作用进行了研究。结果表明:氦压气机转子叶顶前缘单侧槽对叶顶间隙泄漏损失的控制效果最为明显;槽的坡度为30°时,氦压气机转子的性能改善幅度最大;叶顶间隙越大,叶顶前缘单侧槽的有效性越强,当叶顶间隙为1 mm时,能够使压气机转子的绝热效率提高0. 15%。该研究能有效控制叶顶间隙泄漏损失,提高压气机设计点性能。     

带周向槽机匣处理的轴流压气机叶顶流场数值研究

周向槽机匣处理是提高压气机稳定工作裕度的有效措施之一,采用数值模拟方法研究了 周向槽机匣处理对轴流压气机性能的影响.数值计算所获得总性能与试验结果符合良好.通 过详细地分析周向槽机匣处理对压气机顶部区域流场结构的影响,揭示了周向槽机匣处理对压气机性能及流场影响的流动机理.     

几何结构对S-CO2离心压缩机热力学性能影响分析

离心压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环中的核心部件，其内部结构与流动换热机理复杂，为了研究多种结构对S-CO₂离心压缩机性能影响，本文针对某兆瓦级S-CO₂离心压缩机进行了一维和三维数值方法模拟。基于该模型采取线性加权和法对压缩机5种不同结构参数变化引起的热力学性能进行了量化研究。结果表明：叶片后弯角和无叶扩压器长度对离心压缩机性能的影响最大，其次是叶片数、分流叶片长度和叶顶间隙；增加叶片数可提高叶轮做功能力和压比，但增加过多会降低效率；0.25～0.75 mm内，随着叶顶间隙增加，离心压缩机的压比和效率降低，最佳分流叶片长度系数为0.74。本文研究结果可为后续S-CO₂布雷顿循环系统中离心压缩机设计提供参考。     

离心压气机分流叶片长度对压气机性能影响数值研究

为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响.结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同.分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低...     

叶片积垢对压气机性能衰退的影响

空气中的粉尘、微粒容易随空气进入压气机,导致叶片、通道壁面等表面粗糙度增大,降低部件的效率和流通能力,进而影响整机性能。通过对某1.5级轴流压气机进行三维CFD数值模拟,采用基于表面粗糙度与随机尺寸的积垢模拟方法,对积垢造成压气机性能衰退的机理进行对比分析,得到积垢后压气机的效率、压比、轴向力的衰退与转速的关系,以及压气机积垢后的流场变化情况。研究结果可为确定压气机清洗周期和预防叶片积垢提供借鉴。     

定常微量喷气提高轴流压气机稳定工作裕度机理探讨

顶部喷气是提高压气机稳定工作裕度的有效方式之一。文中设计了一种新型的喷嘴结构,利用高速单级轴流压气机试验台,研究了定常微量喷气对压气机性能和稳定工作裕度的影响。试验结果表明:在53%设计转速下,占压气机设计流量0.064%的喷气量可以使得压气机的失速裕度提高7.69%。同时,对带定常微量喷气的压气机转子内部流动进行了时间精确的非定常数值模拟,对比分析了喷气前后转子顶部区域不同的流动结构。将顶部间隙泄漏涡轨迹向压气机转子尾缘推移,抑制来流/顶部间隙泄漏流交接面向转子叶片前缘移动是定常微量喷气提高压气机失速裕度的主要机理。     

双级对转压气机流场分析研究

以设计的某对转压气机级为研究对象,应用F INE/TURBO和CFX软件研究了设计转速、典型工作状态下该压气机的性能和流场细微结构,为进一步优化对转压气机叶片设计提供了依据。计算结果表明:在压气机中反向旋转转子叶片布局设计较好的前提下,对转技术可以在较小的空间里实现较高的压比,从而大幅度提高发动机的推重比;文中给出的对转压气机设计局部流场结构还未达到最优,三维叶片还需要进一步改进,主要表现在一级转子根部和尖部附面层较厚,并伴随有分离现象;二级转子尖部分离流动强烈,使得下游叶片来流发生较大畸变;出口导叶设计尚不理想,集中表现为在根部和尖部有较弱的分离流。     

周向抽吸槽位置对跨声速压气机转子气动性能的影响

为了探究机匣周向抽吸槽位置对跨声速压气机转子气动性能的影响,利用数值仿真方法对其进行了研究。在抽吸流量为原型跨声速压气机转子近失速工况主流流量的1%时,对转子压气机原型与加入四种不同位置机匣槽抽吸处理的改型做流动特性的对比分析,结果表明:机匣周向槽抽吸槽可以改善激波结构,削弱甚至消除叶顶侧的低能流体积聚,使上端壁附近的流动更为顺畅。作用在低能流体中心位置的机匣抽吸槽对流动的改善效果更好,效率提高2.7%。     

微型轴流风扇叶顶间隙内泄漏流动的数值模拟

运用FLUENT软件对一种微型轴流风扇内部的非粘性三维流场进行数值模拟,获得了风机内部叶顶间隙内流动规律.对叶顶间隙泄漏涡流的形成和发展作出了比较详细的分析,得到随叶尖间隙的增大,泄漏流动形成泄漏涡,旋涡强度随叶顶间隙的增大(从0.5 mm增大到6 mm)迅速增大到最大值,之后叶顶间隙继续增大,泄漏涡范围增大,但强度不再继续增大.经分析还得到叶顶间隙涡产生于吸力面近叶顶区域,并朝相同流道叶片的吸力面向尾缘方向发展.其结论为进一步弄清叶顶泄漏涡流的流动机理以及为微小型轴流风扇的优化设计都提供了依据.     

叶表和端壁抽吸对跨音速压气机稳定性影响对比分析

以NASA Rotor35为研究对象,应用数值模拟手段深入分析了叶表和端壁不同位置抽吸对该压气机稳定性的影响效应。研究结果表明:叶表抽吸虽然使得压气机压比和效率有所升高,但使叶顶前缘脱体激波和间隙泄漏流强度的增加,导致两者相互作用引起的低能堵塞团尺度过早增长,压气机提前进入失速;端壁抽吸改善了转子顶部前缘激波结构,削弱了叶顶低能阻塞团中的高熵流体,改善了叶顶区域的流动,实现了压气机的扩稳效果,但对压气机压比和效率性能改善不明显。     

双级对转压气机多工况数值分析研究

以某双级对转压气机为研究对象,应用数值模拟方法获取不同转速、近喘振点内部流场细微结构,分析了不同工况上下游转子叶片表面流谱特点以及对转、逆压环境中上下游流场相互制约关系,为进一步优化设计对转压气机叶片提供依据。计算结果表明:该对转压气机在多种工况下两排转子来流攻角、落后角都较大,根部和尖部都有较强的分离流动;一级转子叶片表面分离线上游流动速度径向分量较大,可能导致该级转子尖部截面流动分离提前发生;下游转子对上游转子叶片尾迹的反向切割使得其不能按照自身发展规律向下游发展,一方面诱导了上游叶片尾缘附近流动分离,另一方面,对下游叶片来流攻角也产生一定的影响,导致下游转子叶片来流攻角进一步增大,从而加剧了二级转子的分离。     

小型轴流风扇内部流动特性研究

为研究小型轴流风扇的三维流场特点,选取5叶片和7叶片的两种风扇,利用Fluent软件中的RNGk-ε湍流模型对其进行定常流动数值模拟,对比分析两种叶片风扇的静特性和内部流动特性。结果显示:流量在0.006～0.010 5 m3/s,压力的变化不明显,在这个范围之外,压力随着流量增加而减小;风扇的进口全压先降低后增加,在1/2弦长处全压出现突变性增加;在叶顶间隙内,叶顶静压值随着半径的增加而增加;叶片吸力面静压值、涡强、速度值均较小,气流进入叶片后,沿流道速度逐渐增加,吸力面叶顶产生叶尖涡,叶尖涡撞击邻近叶片的压力面对气动噪声影响很大。     

机匣喷气改善压气机性能的机理研究

压气机机匣喷气可以有效改善涡轮增压柴油机的加载性能。为了研究机匣喷气对压气机性能的影响,建立了带有机匣喷气结构的压气机模型,并对其进行数值分析。计算结果表明:机匣喷气会向压气机引入高能气体,降低压气机的叶片载荷、减小压缩功,并且同时可以增大压气机出口的气体流量,因此可以改善涡轮增压柴油机的加载性能;采用机匣喷气会导致在转子叶片上部(沿叶高方向)区域中形成回流,是降低压气机入口流量和降低压气机定熵效率的主要原因;机匣喷气喷出的高速气流通过引射作用抑制转子叶片上部的回流区域向叶片中下部扩大,同时增大扩压器入口的气流角,减少气流与叶片的碰撞,延迟喘振发生。在喷气压力为0.3 MPa时,采用机匣喷气可使压气机的喘振边界和堵塞边界分别扩展12.3%、5.93%,叶片平均比载荷降低28.4%,压气机出口流量增大了47.4%(压比为1.986)。     

压气机周向槽处理机匣的轴向位置研究

为研究处理机匣位置对压气机性能的影响,对跨音压气机rotor37进行了不同轴向位置周向处理槽的全三维定常数值模拟,在分析处理机匣扩稳机理的基础上研究了光壁机匣和各种处理机匣下的压气机流场结构.结果表明,周向槽处理机匣能在效率损失不大的情况下使压气机失稳边界向特性图的左上方移动,额定转速下的周向处理槽覆盖叶尖弦长中部时能获得3.35%的扩稳裕度,而效率损失仅为0.23%.在对比多种处理机匣下的压气机性能和内部流场分布后认为:设计点下的处理机匣应以覆盖叶尖中部为宜.     

船舶艉流场受预旋定子影响试验研究

为探究船舶艉流场流动机理以及节能附体节能机理,本文以某散货船缩比模型为研究对象,在哈尔滨工程大学船模拖曳水池大型利用粒子图像测速系统开展艉流场测量试验。首先对有/无前置预旋定子的艉部伴流场分别进行了三向伴流测量试验,展现出前置预旋定子周围的流动结构,对比有/无前置预旋定子的艉流场轴向速度分布、周向速度分布、旋涡分布并提取不同半径处的轴向速度,阐述了前置预旋定子对艉流场的影响及其节能机理。研究表明:预旋定子能够在桨前产生与桨旋向方向相反的预旋流,定子中下方叶片对流场分布的影响较大,造成附近速度峰值角度偏移、峰值增加,桨盘面流体的进流速度增加,从而改善伴流条件,提升推进性能。     

进口总压畸变对亚声速轴流压气机流场影响数值研究

文章采用全三维定常、非定常数值模拟,计算3种不同周向总压畸变:1×120°、2×60°以反5×24°周向总压畸变对某亚声速轴流压气机总性能影响,并详细分析了总压畸变对压气机内部转子流场的影响.数值模拟结果揭示了;周向总压畸变对该压气机转子总性能影响不大,而对它的失速裕度影响较大;1×120°周向总压畸变,失速裕度损失最大,约有7%的裕度损失.2×60°以及5×24°周向总压畸变,裕度损失分别为3%和1.5%;畸变区与非畸变区边界上有明显的周向流动,且流动方向为从非畸变区指向畸变区内,当叶片进入畸变区时,叶片载荷减小,当离开畸变区时,叶片载荷增大;进口周向总压畸变使得堵塞流量减小,同时引起出口总温总压畸变.     

双级跨音风扇轴向缝处理机匣结构优化的数值研究

文章以1台高负荷、高转速的双级跨音轴流风扇为对象,基于对原型风扇失稳机理及原始处理机匣扩稳机理的认识,设计了3种新的处理机匣,在其上进行轴向缝处理机匣结构优化的数值研究。数值计算结果表明,跨音工况下新设计的3种处理机匣对风扇的裕度均没有改进,这与原始处理机匣的实验和计算结果是一致的,而新设计的机匣结构2和结构3在亚音工况下均比原始处理机匣获得更大的裕度改进量。通过对亚音工况下风扇内部流场进行了详细分析,探索了新设计的第2、第3种处理机匣结构获得更大扩稳能力的流动机理。流场分析表明,机匣结构2处理面积的增加提高了轴向缝抽吸或吹除叶顶低能气团的能力,使叶顶通道的流通能力提高。较之于结构2,前置的处理机匣结构3更好地利用了叶顶通道的压差,因而其扩稳能力进一步提高并获得了一定程度的性能改进。     

积垢条件下压气机性能衰退数值模拟

针对轴流压气机在实际工作中遇到的叶片表面磨损、积垢问题,本文以NASA Stage 35单级轴流压气机模型为研究对象,建立了数值计算模型,以压气机的静叶部分为主要研究对象,使用更改静叶叶片表面粗糙度值和不均匀地更改静叶叶型厚度两种不同方法模拟压气机表面积垢情况,得到压气机效率、压比等性能的衰退情况与不同模拟方法的关系,以及压气机不同程度积垢下的流场变化情况。计算结果表明:更改叶片表面粗糙度对压气机的效率性能影响要大于对压比的影响,叶型厚度的变化会明显影响压气机的稳定工作范围。研究结果可为确定压气机清洗周期和运行寿命预估提供借鉴。     

高空低雷诺数二维抗分离叶型研究

在高空、低速、低雷诺数下,进行具有较强抗分离能力的新叶型研究,探索叶型设计的新概念和新方法,并发展相应的低雷诺数压气机叶片二维设计技术是十分关键的。文中进行了低雷诺数条件下二维压气机叶栅流场计算与对比,在探索高空、低速、低雷诺数对压气机叶型性能影响的基础上,以发展适应低雷诺数流动,具有较强抗分离能力的新叶型为最终目标,进行叶型设计新理论和新方法的探索,为最终突破低雷诺数下叶型设计的关键技术提供了可行的途径,并为三维叶片优化造型打下了基础。     

模拟舰船燃机压气机级间流场的喷水雾化实验研究

压气机级间喷水是舰船燃气轮机较理想的中冷技术，而此技术的关键是产生小雾滴的雾化技术，本文给出了向模拟燃气轮机压气机级间流场喷水雾化实验研究的目的。设备，测量系统，雾化机理，实验方案及步骤，给出了在模拟燃气轮机压气机组间流场内进行的喷水的不同喷入方式，不同气流速度下雾化特性和对流场阻力特性影响的实验研究结果，通过对实验结果的分析，得出喷嘴的安装方式对压气机组间流场损失的影响及雾化效果影响的结论。