斜流压气机扩压器流场的数值模拟

用数值模拟方法研究了某高压比斜流压气机级,并对最大效率工况点的扩压器内部流场进行了初步分析。结果表明,斜向扩压器的最大静压恢复系数为0.525,轴向扩压器为0.502;斜向扩压器叶片压力面附面层大面积分离,造成严重的气动损失,使得其总压恢复系数较低;轴向扩压器只在叶片吸力面出现部分附面层分离,总压恢复系数相对较高;经过一排斜向叶片扩压器和一排轴向叶片扩压器,气流流动方向与子午面的夹角总共扭转了大约50°,扭转角度过大因而附面层分离严重,是造成扩压器性能下降的主要原因。     

某型压气机的S2流面静叶调节优化

通过对某型压气机进行一维、二维和三维的计算,并以S2流面计算结果为主,对该型压气机进行静叶调节优化,对静叶调节前后的压气机流场进行分析与验证.结果表明:通过基于压气机S2流面的静叶调节方法,既能优化压气机整体参数,也可以改善压气机各级以及沿径向的气流参数分布,证明了这种方法具有一定的可行性.     

静子叶根封严篦齿齿腔三维流动结构分析

针对压气机静子封严结构进行三维数值模拟,研究不同齿腔结构时篦齿的封严效果以及齿腔内泄漏流流动机理。结果表明,齿腔流动结构分齿尖射流区与齿腔回流区,其随工况变化有3种流动结构,流动结构越复杂,泄漏流与齿腔内流体能量交换越激烈,泄漏系数越小,泄漏系数最大相差2.9%,泄漏流流量最大相差3.1%。     

对转压气机三维掠动叶优化设计

为探索三维掠动叶降低对转压气机二次流损失的潜力,进一步提高对转压气机气动性能,基于近似函数与遗传算法,针对某对转压气机双排转子在整机环境下进行三维掠动叶优化设计,并对优化前后流场进行对比分析。优化成功的得到了双排“S”形掠动叶,结果表明:三维掠动叶有效改善了双排动叶吸力面径向二次流,减小了吸力面低速区,提高了对转压气机性能,优化工况点整机效率提高0.6%,全工况范围内效率均有所提高;三维掠动叶提高对转压气机效率的根本原因是其对径向负荷分配的重新调整,将叶展下方流动较差区域负荷移至叶展上方,改善流场的同时保证对转压气机负荷不变。      

静叶安装角对压气机稳定性影响的数值研究

为提升某多级高速轴流压气机非设计转速下的稳定裕度,采用基于时间推进技术的通流彻体力模型结合优化算法,模拟该压气机的特性,优化静叶安装角.运用该通流模型研究了静叶调节机构的机械误差对该压气机特性及稳定边界的影响.结果 表明:90％转速下用下山单纯形法和遗传算法得出的优化结果近失速点流量分别减小了2.6％和4.0％;稳定裕...     

压气机静子上游容腔优化设计研究

从3个方向对压气机静子上游容腔进行优化设计,采用数值模拟方法对优化效果进行分析。结果表明：开槽处理会破坏流动连续性,开槽位置对流动性能的影响较大,且开槽处理方案对封严性能提升效果不明显;右端壁与左端壁两种倒圆结构在叶栅通道出口截面的总压损失系数分别下降了0.395%和0.342%;两种堆叠结构叶栅出口截面的总压损失系数分别下降2.72%和3.11%,弧形拐角的堆叠结构封严性能更优。     

基于“可控涡”的小流量斜流压气机气动设计研究

斜流压气机兼具轴流和离心压气机的特点,目前已经成为了研究的热点。针对斜流压气机S弯流道的特点,提出采用两段Bezier曲线进行子午流道的一体化设计方法;推导了适用于斜流压气机的准正交坐标系下的控制方程;采用了考虑叶轮出口倾斜角度的Qiu滑移模型;应用可控涡设计方法进行了斜流压气机设计,并进行了全三维粘性数值模拟。结果表明:该叶轮具有较好的气动性能,设计点下压比为3.4529,效率为0.8544。     

斜流叶轮顶端间隙流动特性的研究

使用单倾斜热线及其测试系统，在不同顶端间隙条件下，对翼形和圆弧形料流叶轮的间隙流动特性进行了实验研究，着重考察了顶端泄漏流动对斜流叶轮出口流场及其二次流对叶轮性能的影响。     

密流比对压气机叶栅性能影响研究

对高压比跨音轴流压气机转子流动分析,论证了在10％～ 90％叶高范围内转子叶片采用二维设计方法是可行的.采用数值模拟方法,对超音、高亚音转子回转面叶栅进行全工况气动性能计算,研究密流比对于压气机叶栅气动性能的影响规律.结果 表明:密流比增加,超音叶栅总压比和效率均增大,结尾正激波前移,耐反压能力下降;高亚音转子叶栅气流...     

弯曲叶片静子对核心机驱动风扇级的影响研究

针对核心机驱动风扇级气动设计问题,采用定常数值模拟方法,对某核心机驱动风扇级进行建模,分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子在级环境中进行三维仿真,对比分析了单外涵模式和双外涵模式下分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子的气动参数和流场,并揭示了不同模式下静子的气动参数特点,结果表明,正弯曲叶片适用于核心机驱动风扇级,其能够改变静子载荷的径向分布,削弱根部的气流分离,减少了气动损失,提高了效率,且对两种工作模式均有效;单外涵模式静子宜采用偏负攻角设计。     

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.     

静叶调节对多级轴流压缩机流动损失的影响

基于合适的流动损失、落后角模型及逐排基元叶片算法,发展了计算多级轴流压缩机特性工程方法,并进一步定量分析了静叶排调节对多级轴流压缩机流动损失及性能影响规律,结果表明:增大静叶排安装角不仅能显著改善当地叶排流动损失分布规律,同时也改善了其下游转子叶排流动损失分布规律,为扩大发动机压缩系统稳定工作范围的静叶调节规律设计提供理论基础。     

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。     

正弯静叶对某多级压气机变工况特性的影响研究

对某13级轴流压气机的内部流场进行了全三维数值模拟数值分析。针对原型压气机变工况运行时静叶吸力面角区位置流动分离较为严重的情况,进行正弯优化设计,探讨正弯叶片的引入在全工况范围内对压气机前三级的流动特性带来的影响,并重点分析改型前后近喘振点的流场特征。结果表明,适当的弯叶片可以抑制角区闭式分离的发生和发展,从而恢复角区的扩压能力,并获得整个流场的改善,最终提高压气机的压比、效率和喘振裕度,同时级间匹配良好,变工况性能明显优于原型。     

肋片影响下的压气机静子叶栅流动特性研究

研究了肋片结构对带静子容腔的压气机静子叶栅的影响,采用数值模拟方法分析进气攻角及马赫数变化带来的流动性能变化。结果表明：增加肋片后,低能流体的发展变得复杂,有肋片时出口总压损失下降了4.53%,叶根处叶片载荷增大,叶根角区流场恶化得到缓解。从总体来看总压损失随攻角增大均有所增加,正攻角时叶根处流场性能严重恶化。随马赫数增加,100%轴向弦长处的总压损失逐渐增大,10%叶高处叶片载荷逐渐降低。     

压气机转子叶片附面层抽吸的参数化研究

通过数值求解三维粘性雷诺时均Navier-Stokes 方程,详细研究了非设计工况下不同抽吸位置、抽吸流量和抽吸孔数目对跨音速压气机转子性能的影响,揭示了抽吸流与流动分离和激波结构的相互关系.研究结果表明:合理的抽吸能够有效控制激波的发生位置,改变流道中激波结构,延迟由于激波造成的流动分离.抽吸流量直接决定了压气机转子的性能,抽吸作用使得附面层内低能流体被移除,主流更加贴近叶片表面,从而增加了吸力面附近流体的动能,提高了流道内的通流能力,同时也能有效消除分离区内复杂的旋涡结构.     

扩散器角度对流体流动能量损失的研究

空气动力特征,例如空气分流现象,压力和阻力,都对赛车行驶过程中的燃料消耗的经济性和运行的平稳性有着重要影响。本文主要针对扩散器的锥角大小进行研究。通过改变扩散器角度的大小调节汽车行驶时车身遇到的阻力以及能量的损失,采用实验和CFD(Computational Fluid Dynamic)数值模拟两种方式对三个不同角度(5°,24°,60°)的扩散器进行研究。通过比较实验与模拟结果显示,PRC压力恢复系数随着扩散器角度的减小而增大。当角度在5°时,空气在扩散器内能量损失最少,这时扩散器发挥最佳性能。     

弯曲叶片对跨音速轴流压气机性能影响的数值研究

采用具有不同控制参数的积叠线对Rotor37转子叶片进行周向弯曲造型设计,获得叶片的最佳弯高和弯角。采用数值计算方法研究了叶片弯曲对压气机性能及其内部流动结构的影响,结果表明:弯曲叶片具有良好的变工况性能,新设计的叶片能有效提高压气机的绝热效率和总压比。叶片周向弯曲引起端部低能流体向主流区的迁移,使得端壁和主流区流动状态发生改变,在端壁区流动损失下降,而在主流区流动损失有所增加,同时沿叶高方向上流体的质量流量被重新分配。     

斜沟槽机匣处理对轴流风机性能影响的数值研究

为研究斜沟槽机匣处理对风机气动性能的影响,以OB-84型动叶可调式轴流风机为对象,基于FLUENT数值软件,模拟风机在原壁面和六种不同斜沟槽情况下的性能,分析叶顶与吸力面湍动能和涡量分布及不同叶高处的静压和静压差分布。研究表明:斜沟槽开槽位置与动叶叶顶前缘的距离及沟槽斜度对风机性能均有明显影响,斜沟槽机匣处理结构改变了叶顶泄漏流场的分布,缓解了泄漏流的发展,削弱了泄漏流与主流的掺混;与原壁面相比,经斜沟槽机匣处理的风机在设计流量下全压和效率均有一定程度提高。综合考虑效率与安全性,方案5具有最优的气动性能,设计流量下效率较原风机提高了0.59%。     

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。