轴流压气机多叶片排的气动优化设计

对某多级轴流压气机前三排叶片径向积叠方案进行了气动优化。该方案以商用软件iSIGHT作为平台,利用试验设计方法对整个搜索空间进行初步探索,采用逐次序列二次规划算法进行局部寻优,利用商业软件NUMECA进行粘性流场数值评估。对压气机全工况性能的计算表明,在流量和压比不减少的情况下,优化后的叶型设计工况和非设计工况性能均得到了改善。     

某型轴流压气机高压第16级叶型气动特性的试验研究

采用环形亚声速风洞气动参数测量试验方法,研究了某型轴流压气机高压第16级动、静叶型的变攻角特性。试验结果表明,对于扩压叶型,沿压力边和吸力边的流动都是先快速膨胀后扩压,扩压占流程的绝大部分,相对压力边,吸力边扩压流程长,梯度大,吸力边是叶型损失源;在相同攻角下,叶型损失正比于叶型的几何折转角,因为在试验攻角变化范围内,叶型的落后角可忽略不计。     

燃气轮机压气机动叶片设计与计算

利用传统压气机叶片亚音速设计方法,针对某重型燃气轮机压气机某级动叶片,采用等环量与等进口气流角沿径向气流参数分布规律的方法设计了两种叶片。利用数值模拟的方法对两种叶片在额定工况与变攻角工况下的气动性能进行分析,探究了传统叶片设计方法在重型燃轮机设计中的可行性与适用范围。计算结果表明,本设计在压气机叶片中径处来流气体相对马赫数低于0.6的情况下是比较成功的,该方法可以应用于重型燃气轮机压气机和低亚声速级的叶片设计中。     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型.运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线.并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性.通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性.     

基于NURBS曲线的高亚音速压气机叶型参数化建模方法研究

具有良好灵活性的高精度叶型参数化建模方法对于压气机叶型设计和优化具有重要影响。本文研究了一种基于非有理B样条曲线理论(NURBS)曲线组和遗传算法的轴流压气机叶片参数化建模方法。该方法基于中弧线厚度叠加法,采用两条三次七点NURBS曲线分别构造中弧线形状和厚度分布,前尾缘采用双二次NURBS曲线,通过多段曲线光滑拼接实现叶片造型。以压气机型线方差值最小作为目标函数,利用遗传算法实现了叶型的参数化建模。通过数值模拟实验证明,本文提出的参数化造型方法适用于高亚音速压气机叶型的参数化建模。     

新型变几何导叶试验研究

本文通过一系列平面叶栅试验,得出轴流压气机可变尾缘进口导叶的气动特性。该特性优于可转导叶的特性,损失系数小于可转导叶。提出变尾缘叶栅几何参数选取原则及其最佳值范围。按最佳参数构成的这种叶栅,气流转折角和损失系数很接近常规大弯度光滑叶型的数值,宜代替可转导叶作为压气机进口导叶。试验结果可直接应用于设计。     

应用于氦气压气机的相似模化方法验证

为解决氦气压气机与空气的相似模化问题,针对进出口比容比相等的近似模化方法,采用NUMECA计算流体力学软件,以某型轴流氦气压气机级为模型,进行了数值模拟验证计算,并与试验结果做比较。从数值模拟验证可知,公式计算和数值模拟的性能曲线相差较小,氦气和空气不同工质下的气流角偏差也很小;而从空气试验结果可知,公式计算和试验结果的压比曲线基本重合,但绝热效率曲线有一定偏差。综合表明,具有常规叶型的氦气压气机,在马赫数低于0.4以及压比低于2的情况下,不考虑马赫数相等的近似模化方法是有效实用的。     

跨音轴流压气机气动设计与数值优化

介绍了带有进口导流叶片的三级跨音轴流压气机的气动设计与数值优化过程,气动设计采用准三维体系,包括一维平均流线设计、S2流面通流设计和任意中弧线叶片造型设计,并利用商用软件Numeca进行压气机流场分析.采用遗传算法结合人工神经网络的全局优化方法对第一级跨音动叶在多级环境下进行三维数值优化.结果表明:与优化前相比,优化后跨音级动叶叶尖的激波-边界层干涉损失明显降低,第一级动叶与三级压气机整机近设计点的绝热效率分别提高了0.87%和0.37%,压气机整机的质量流量、总压比、绝热效率和失速裕度均能够满足设计目标.     

叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律,以NASA的Rotor67转子为研究对象,采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征,进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片,有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力,进而抑制了尾缘附近的分离现象,使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束,重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布,并减小了尖区的入口轴向速度,直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱,并诱发相对更强的间隙泄漏流,从而使得跨音转子提前发生失速,压气机工作裕度降低了19%以上。     

压气机叶片尾缘增厚方法的分析与研究

受限于制造能力,压气机叶片的尾缘需要增厚。为了尽可能保持原有设计的气动性能,对两种不同的尾缘增厚方法进行了数值模拟研究。第一种方法尽可能保持了原有叶型的吸/压力面型线,以移动尾缘圆心的方式获得增厚叶型,叶型的弦长缩短;第二种方法保持了原有叶型的弦长,以改变二维叶型局部厚度分布的方式获得增厚叶型。数值模拟结果显示,在一致的尾缘厚度下,两种尾缘增厚方法对压气机叶片的稠度、展弦比、扩压能力和气流折转能力均产生了不同的影响。相较而言,方法一导致了压气机叶片的负荷降低,扩压和气流折转能力下降;方法二能够更大程度的保持气动性能。建议采用方法二对过薄的叶片尾缘进行加厚处理。     

高速轴流压气机二维特性计算

采用二维流线曲率法数值模型,建立了适应于高速轴流压气机的落后角和损失模型,对某跨声速轴流压气机转子的非设计工况点进行计算,并与实验结果进行了对比。结果表明,该方法具有较好的计算精度,可为轴流压气机设计和优化提供参考。     

可控扩散叶型正问题设计方法的研究与应用

基于正问题设计思路,发展了一种CDA叶型的定制叶型几何造型方法,通过采用参数化设计的双圆弧中弧线、多段圆弧厚度分布以及椭圆前缘,来实现控制压气机叶片表面气体流动不产生分离。研究表明:与常规叶型相比,此种方法设计的CDA叶型获得了更高的压比和效率;马赫数及极限流线等流场信息显示,该CDA叶型能够有效地抑制激波的产生和附面层的分离,改善压气机内部气体的流动状况;此方法能够大量缩短叶片设计时间,有利于工程应用。     

一种损失和落后角模型在轴流压气机特性预估中的应用

为了得到某型两级轴流压气机的特性曲线，采用在子午平面上叶片排间隙中设置计算站的流线曲率法对其内流场进行了数值模拟，得到子午平面上速度分布；建立了一种设计、非设计损失和落后角模型的组合，将其应用到两级压气机特性计算当中去，得到了不同转速条件下，压气机特性的变化曲线，将其同试验得到的特性线作对比，验证了损失和落后角模型在压气机特性计算当中的有效性。     

涡轮动叶变冲角气动负荷试验研究

在环形涡轮叶栅低速风洞上,对某型采用后部加载及正弯曲设计的高负荷动叶进行了静态吹风试验.应用五孔球型测针,详细测量了在3个冲角下由栅前至栅后7个横截面内气流参数沿叶高和节距的分布,同时对各冲角下9个不同叶高截面静压系数也进行了测量.试验结果表明,采用沿叶高改变吸力面最低压力点的后部加载叶型并结合叶片的正弯,能够在保持静压沿叶高分布均匀的条件下,显著降低端部横向压力梯度,增大主流区叶型的气动负荷.     

大焓降静叶片设计思想的低速实验验证

在低速风洞上,采用扇形叶栅试验模型,试验验证了哈汽公司低展弦比大焓降静叶片的设计思想.试验结果表明,哈汽公司的设计理念是:沿全叶高采用类似“鱼头”的流线型叶型前缘,在不存在横向二次流动的叶展中部采用前加载叶型,在横向二次流强烈的叶栅两端采用后加载叶型,同时将两类叶型沿叶高采用尾缘正弯积迭.这样设计得到的大焓降静叶片气动性能优良,沿轴向流动损失呈直线型均匀增长,并对气流冲角有较强的适应性.     

一种洋流发电涡轮机转子设计方法及试验验证

针对洋流发电涡轮机转子叶型设计,通过理论推导将轴流叶轮机的设计方法应用到转子设计中,分析了前缘半径不变时不同弦向负荷分布的二维叶型的攻角特性,以及叶尖展向和弦向的负荷分布对流动及性能的影响。结果表明,叶尖部分应适当减小负荷,采用后加载叶型更为合理,叶片的其他部分采用前加载叶型较好。应用CFD方法模拟不同工况下涡轮特性,并与试验结果进行对比分析,从而验证了该设计方法的有效性。     

轴流压气机前加级设计

为提高轴流压气机的性能,可以在现存压气机通流部分前加级,这是一种行之有效的方法。本文描述了前加级的设计方法,介绍了两台轴流压气机的设计计算,在国内民用机组方面,其设计参数是较高的.经一台机组的初步试验表明,设计是成功的。     

轴流压气机盘轮毂优化设计与分析

为解决清洗水在轴流压气机盘轮毂凹腔内无法排出的问题，对轴流压气机盘轮毂进行优化设计，并 对优化后的轴流压气 的排水功能、零件 、振 寿命 。结果表明，优化后的轴流压气 ： 排水效果明显，零件变形 储备系数变化 ，振型及振动频率变化 ，且疲劳寿命变化 。 优化后的轴流压气 型 的使用要求，优化方案可行。     

M701J和M701JAC的压气机

正据《Gas Turbine World》2014~2015年年度手册报道,M701J具有压比为23的15级轴流压气机。压气机已被优化,以便每级产生最大的输出(压比和空气流量)。先进的三维叶片设计有更好的性能、减轻了前面级内的激波损失和在中间-后面级内的摩擦损失。在用于压气机设计前,利用计算流体动力学软件对该三维叶片设计理念进行了评定,并使用实物尺寸的