大流量多级轴流压气机性能及流场分析

以某型17级大流量轴流压气机为研究对象,运用全三维黏性数值模拟的方法对设计点处性能和流场参数进行了研究.通过该压气机加功量、绝热效率、压比、反力度在各级的分布情况,分析了大流量多级轴流压气机的设计特点.在性能参数的分析中,发现第7级存在加功量、绝热效率、总压比偏低,反力度偏高的问题,通过三维流场分析,提出了改进建议.     

某氦气压气机三维优化设计

对某氦气压气机设计方案三维数值模拟计算结果特点进行分析,指出了三维优化改型设计方向和指导原则,通过调整叶片厚度分布、叶片尾缘型线曲率和采用端弯技术等方法,对原型氦气压气机气动设计方案进行了全三维优化设计,对比分析三维优化设计前后数值模拟计算结果,三维优化设计后压气机效率提高2个百分点,有效控制了二次流动进一步发展。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

超临界氦气离心压气机流场分析

设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机,并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析,得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质,超临界氦气离心压气机单级压比较低,但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高,且超临界氦气整体流动为亚音流,只在叶片前缘局部出现超音区。     

涡轮增压器压气机空气动力学性能设计

根据大量试验研究及技术积累,分析了压气机叶轮进出口速度三角形、压气机结构参数、几何参数等对涡轮增压器压气机空气动力学性能的影响。对现有多款柴油机涡轮增压器压气机的参数进行了分析,总结了各参数的经验设计值。     

舰船大功率轴流压气机气动设计研究

基于建立的舰船大功率多级轴流压气机气动设计体系,开展了舰船用某型大功率燃气轮机压气机设计研究,完成了6级轴流压气机的气动设计。进行了一维反问题设计、一维特性计算分析、S2反问题计算、叶片造型以及三维CFD计算分析。各级载荷分布从前面级到后面级逐渐降低,叶展方向按照等压比分配以避免径向掺混损失过大,S2设计并没有严格遵循传统的设计规律(等环量、等反动度等),而是基于一维设计方案通过不断调整优化获得的。根据CDA的特点,开发了可用于工程应用的叶片造型程序,可实现不同中弧线、不同厚度分布调节,能够实现叶片弯、掠等功能。三维数值模拟结果表明,考虑动叶叶顶具有0. 5 mm间隙的情况下,6级压气机设计点效率达到89. 75%,设计转速下的喘振裕度为22. 5%,同时具有较好的变工况性能。     

高压比离心压气机设计及试验验证

单级离心压气机在中小型航空燃气涡轮发动机中得到了广泛的应用,为了探索高压比离心压气机设计技术,本文利用离心压气机设计系统完成了一台单级压比5.2的离心压气机设计,突破了跨音速离心叶轮、紧凑式扩压器设计关键技术,总结了高压比离心压气机设计方法,并在高速压气机试验台上完成了试验验证,结果表明,该离心压气机内流流动参数分布合理,各项性能完全满足设计指标要求。     

船用燃气轮机低压压气机气动布局规律研究

为缩短燃气轮机低压压气机的设计周期,获取一维设计中各关键设计参数分布规律,同时得到最优的一维设计参数选取方案,采用基于HARIKA算法的压气机一维设计与分析程序对某型船用低压压气机流量系数、载荷系数和反动度的轴向布局方法进行了研究并提炼了各参数分布的数学模型。其中,流量系数和载荷系数沿级分布为近似单峰值的三次多项式曲线,反动度分布为"二段式",通过改变流量系数和载荷系数的峰值点坐标和改变特定级反动度和反动度变化步长的方法,研究了不同布局方式对效率、喘振裕度以及压比的影响,最后结合优化算法得到了最优参数分布方案。结果发现:流量系数峰值位置在第6级,载荷系数在第5级或第6级时效率和喘振裕度性能较好;第四级反动度取值0.5～0.52时效率较高;相比载荷系数和反动度,流量系数对非设计工况性能影响更为显著,优化后的参数分布方案在各转速下喘振裕度均有所提高。     

基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法

从压气机特性计算统计法的基本思想出发,对多台轴流压气机喘振试验数据进行了整理分析,总结了同类型压气机喘振边界上参数变化的一般规律,在此基础上,将压气机设计转速下的喘振参数与其非设计转速下的喘振参数进行相互关联,提出了一种基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法.通过与试验结果的详细对比.表明本文所建立的经验方法能够...     

ZYQJC-1型内燃机车功率、增压器性能随车检测仪的研制

介绍了ZYQJC-1型内燃机车功率、增压器性能随车检测仪的设计和研制。检测数据包括主发电机整流后电流、电压,增压器进排气温度,压气机进出口空气温度,增压器转速等。检测数据可存储在数据盒中,通过地面分析软件对记录数据进行分析。     

叶型变化对叶片表面压力场的影响

使用NUMECA软件的FINE／Design3D模块对某型跨音速涡轮叶栅改型前后的导叶进行了单列三维流场计算,并分析了原型与改型叶栅沿叶片型面压力的分布以及叶片吸力面上的静压等值线分布。结果表明,叶片的改型改变了叶片表面的压力场,改善了叶栅内气体的流动。     

低速条件下展弦比对弯叶片扩压静叶栅流场性能的影响

为观察弯叶片在扩压叶栅中的适用条件,在保持其它条件不变的情况下,对一直列叶栅三种展弦比条件下的弯叶片流场进行了数值模拟。结果表明叶栅展弦比的大小对弯叶片在扩压叶栅中的作用影响较大,若展弦比增加,弯叶片改善叶栅性能的作用将增强。大展弦比叶栅中强弯叶片明显提高了吸力面角区密流系数的大小,从而改善了近端区的流场性能。在扩压叶栅中弯叶片可均化流场参数沿径向的分布,而在大展弦比叶栅中流场参数的径向分布差异较大,这应该是弯叶片在大展弦比叶栅中作用明显的主要原因。     

汽轮机回热抽汽对下游流场影响的数值研究

针对某型机组高压缸的抽汽结构及抽汽点后叶片流场,采用N-S方程进行全周全三维叶片通道的数值模拟,研究结果表明,抽汽对其下游静叶栅气动参数沿周向和径向的分布均有较大的影响,并且该影响随着向抽汽点的趋近而增大,但抽汽对叶片型面静压分布影响较小,不会影响叶片的加载形式。     

Pneumatic measurements downstream of a radial turbine nozzle cascade

This paper deals mainly with pneumatic measurements on a radial turbine nozzle cascade. The fill radial cascade guarantees the exit flow field periodicity downstream of it. A special traversing mechanism with a five - hole conical probe moving along a circular path behind the cascade was used for flow field investigation in this type of cascade with very low aspect ratio. The analyses of results of 2D and 3D pneumatic measurements including loss coefficient values are presented.     

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。     

Water flooding and two-phase flow in cathode channels of proton exchange membrane fuel cells

The water flooding and two-phase flow of reactants and products in cathode flow channels (0.8 mm in width, 1.0 mm in depth) were studied by means of transparent proton exchange membrane fuel cells. Three transparent proton exchange membrane fuel cells with different flow fields including parallel flow field, interdigitated flow field and cascade flow field were used. The effects of flow field, cell temperature, cathode gas flow rate and operation time on water build-up and cell performance were studied, respectively. Experimental results indicate that the liquid water columns accumulating in the cathode flow channels can reduce the effective electrochemical reaction area; it makes mass transfer limitation resulting in the cell performance loss. The water in flow channels at high temperature is much less than that at low temperature. When the water flooding appears, increasing cathode flow rate can remove excess water and lead to good cell performance. The water and gas transfer can be enhanced and the water removal is easier in the interdigitated channels and cascade channels than in the parallel channels. The cell performances of the fuel cells that installed interdigitated flow field or cascade flow field are better than that installed with parallel flow field. The images of liquid water in the cathode channels at different operating time were recorded. The evolution of liquid water removing out of channels was also recorded by high-speed video.     

Fluid dynamics performance of different bipolar plates: Part I. Velocity and pressure fields

The flow distribution obtained with three different bipolar plate geometries has been studied, analyzing their fluid dynamic performance. Three plate topologies have been selected in some way representative of different design models commonly used. The configurations tested are a set of parallel diagonal channels, a branching cascade type, and a serpentine distribution of parallel channel blocks. The flow distribution across the plates has been first simulated numerically. To visualize the flow pattern at the plate channels plane, a laser-induced fluorescence (LIF) trace tracking technique has been applied. From experimental and numerical simulations it is concluded that the diagonal topology distributes the flow in a non-uniform way. On the other hand, an inadequately large pressure drop is established along the serpentine-parallel plate. In the cascade case, both velocity and pressure fields are very uniform, and it can be expected to produce a very homogeneous distribution of reactants over the catalyst layer.     

采用壁面吸气改善叶栅性能的数值模拟

针对某大折转角子午扩张型导叶，通过数值模拟，讨论了端壁附面层抽吸对叶栅性能的影响。结果表明：对于大分离叶栅，在靠近吸力面的端壁上进行附面层抽吸可以获得最佳效果。端壁抽吸可以改变流场的分离形态，遏止端壁角区的分离，并延迟和减小吸力面的分离。从而在大部分叶高上使得叶片负荷增加，损失减小，并且沿径向分布趋于均匀。     

三维湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟

采用完全欧拉坐标系下的数值模型描述湿蒸汽两相自发凝结流动过程，对某汽轮机低压部分三维静叶栅中内复杂的自发凝结流动进行了模拟和分析。与忽略自发凝结的计算结果相比，叶片表面的压力分布有所不同，吸力面侧尤为明显；自发凝结的发生引起气流角的变化，直接导致作功能力的变化；由于流动参数沿径向分布不均，自发凝结引起的湿度沿径向分布也明显不同；计算结果同时显示边界层对自发凝结有很大的影响。     

端壁不同角度喷射冷气对前缘喷射冷气重型燃气轮机涡轮流场的影响

本文采用中心差分格式和多区网格技术,对地面发电用燃气轮机第一级涡轮前缘喷射冷气的静叶栅的端壁喷射冷气流场进行了全三维N-S方程数值求解.分析了在端壁不同角度冷气喷射条件下,端壁冷却效率、温度场的分布规律,以及不同角度冷气喷射对叶片端壁区域流场的影响.结果表明,端壁冷气喷射角度的变化对端壁冷却效果影响较大,在小角度冷气喷...