亚音速离心叶轮分流叶片前缘掠形性能分析

在保证叶轮其它参数不变的情况下,设计了7种不同分流叶片前缘掠角,分别为-15°、-10°、-5°、0°、5°、10°、15°,利用ANSYS CFX软件对其进行数值模拟,并对数值方法进行实验验证,来分析分流叶片前缘掠对亚音速离心压气机气动性能的影响;研究结果表明:相比不掠而言,分流叶片前缘后掠使效率、压比降低,失速裕度和稳定工作裕度增加,分流叶片前缘前掠使效率、压比增加,失速裕度和稳定工作裕度减小;后掠增大堵塞流量,加大其叶片上载荷,而前掠减小堵塞流量和其叶片上载荷,并随角度的改变而相应的发生改变。     

某小流量三级轴流压气机的气动性能及数值分析

以某三级跨音速轴流压气机为研究对象,采用三维数值模拟计算方法对其在设计转速下进行了数值模拟,得到了压气机的特性曲线及总体性能。通过改变出口静压,得到了其在设计转速下的近设计点、近最高效率点、近失速点、近堵塞点并分析了压气机在典型工况下的内部流动特性。研究分析表明:近设计点、近最高效率点的流动情况较好,但效率较低。动叶前缘与叶片流道内的激波、转静子吸力面尾缘处的低能团、叶顶间隙的泄露流引发压气机的气动性能降低,进而造成压气机效率较低、流动损失加大。     

进口气流角对跨音速压气机气动性能的影响研究

以某燃气轮机1.5级跨音速压气机为研究对象,利用NUMECA软件计算了该压气机在不同进口可转导叶摆放角度情况下跨音速压气机的气动性能。研究结果表明:随着进口气流角的增大,流量-效率曲线和流量-压比曲线均向流量减小的方向平移,相同流量下,进口气流角增加,效率增大,但压比减小;在设计流量工况下,随着进口气流角的增大,来流相对马赫数减小,激波强度减弱,并向尾缘迁移,激波后附面层分离流动改善,压气机损失减小。     

不同叶片厚度对轴流风机流动特性影响的数值模拟

为了获得不同叶片厚度对轴流风机流动特性的影响,对叶片相对厚度为6%、9%、12%以及15%的4种风机进行了数值模拟。结果表明:薄叶片风机在设计流量点附近有更好的气动性能,但流量变化对风机性能的影响明显大于厚叶片风机,厚叶片的风机有更大的稳定工作区间。叶片厚度的增加,改善了叶片前缘附近的流动情况,但使叶片尾缘附近的做功能力减弱,流动分离更加严重;减小了叶顶泄漏流对主流的影响和叶顶二次流动强度,但叶片中尾部二次流强度增加,使流动失稳,增加了能量损失,使得风机气动性能降低。     

高压比跨声速离心压气机设计研究

为探索高压比跨声速离心压气机级的快速设计方法,以级总压比7.0为目标,采用自行开发的离心压气机快速设计程序,设计了一单级跨声速离心压气机,并采用适应于高进口马赫数的低稠度最大厚度后移的双圆弧叶型叶片扩压器,保证压气机级有较宽的稳定工作流量范围。经CFD软件对设计的压气机进行性能预测表明,初步设计的离心压气机叶片扩压器扩张角过大,造成叶片尾缘出现严重回流。通过调整叶片厚度和中心线折转角减小了扩张角,改进后的离心压气机设计点总压比为8.305,等熵效率为81.8%。     

跨声速单级轴流压气机试验台设计

为研究跨声速轴流压气机叶片积垢形成机理,针对目前轴流压气机试验台为固定叶片,或仅为低转速转子试验台的现状,结合粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,根据跨声速转子NASA Rotor37的性能参数,设计了一种精确捕捉跨声速轴流压气机转子叶片通道内流场分布的试验台。该试验台由变频调速电机提供动力,进、出口段设置有压力与温度传感器,出口段还设置有流孔板和节流阀。检测数据通过工业控制计算机自动采集和处理,能实现轴流压气机转速、质量流量、进出口温度与压力的测量,通过结合PIV系统能对压气机转子叶片通道流场分布进行锁相测量。该试验台通用性强,也可用于跨声速轴流压气机内非定常流、旋涡、激波等复杂流动的研究。     

几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究

使用有限元计算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性能进行了计算。结果表明反弯叶片可降低叶轮出口处叶片根部附近的应力,但会造成叶片根部前缘区域应力集中,且反弯叶轮的气动性能和原型叶轮差别不大。前倾叶片能在很大程度上降低叶轮出口处叶片根部应力,前倾角越大出口叶根处应力减小越多;随前倾角增大,叶轮气动性能恶化程度加剧;叶轮的背盘形状对叶轮的应力影响较大,尤其是出口处的背盘厚度对出口处叶片根部区域的应力起主因作用。研究得出叶片几何及背盘形状因素对叶轮应力分布的影响规律,另外还得到了叶片几何形状对气动性能的影响规律,这些工作为叶轮的多学科优化设计提供良好的基础。     

机匣处理抽吸环槽位置对离心压气机性能影响

在高转速下跨声速离心压气机往往暴露出流量范围过窄的问题,难以满足变工况增压柴油机对宽广流量范围的需求。通过数值分析研究了抽吸环槽子午轴向位置对压气机性能的影响。结果表明,压气机对开槽位置比较敏感,在高转速下只有适当的开槽位置才能有效带走堆积在分流叶片前缘上游附近的低能流体,最大程度改善其内部流动,拓宽其流量范围。采用优化后的机匣处理结构后,压气机的稳定工作范围由11.86%拓宽到15.83%。     

跨声速压气机转子缩尺效应的数值研究

现阶段用于跨超声速的生产型风洞以1 m量级为主。为开展进-发匹配研究,有必要针对原型发动机进行简化和一定的缩比。本研究针对发动机中进口的某跨声速压气机转子Rotor 37,开展了不同缩比尺寸的研究。结果表明,随缩比尺寸的减小,其无因次流量工作范围逐渐往小流量方向迁移,50%和40%的缩比对压气机转子性能影响很小,而若缩比到原型的1/5尺寸,其设计点压比和效率分别下降1.2%和2.5%。转子进口段流场差异较小,20%缩尺模型的端壁附面层速度型不如原型饱满,出口段流动表明该转子为轮毂加强的设计,且缩尺模型夸大了这种设计,削弱了叶尖区的流动,使其出口段径向掺混损失增加。最后,对原型转子不同叶高流动堵塞开展了细致研究,加深了对该转子内部流动的认识,有利于发展相应流动控制技术。     

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...     

自循环机匣处理对离心压气机气动性能影响分析

对比分析了带实壁机匣与带处理机匣的压气机模型在多工况下的气动性能,结果表明,在不同转速下,处理机匣结构都具有不同程度的扩稳作用,但同时也造成绝热效率有所降低,而且峰值效率损失随着转速增大而加剧;处理机匣前后槽口与叶顶通道形成的回流运动可有效地削弱激波与间隙泄漏流的强度以及二者的相互作用,有利于改善叶轮通道的气体流通性。     

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。     

不同流量系数下叶顶间隙对离心压缩机模型级性能的影响

通过CFD技术,分析了不同流量系数下叶顶间隙对离心压缩机模型级性能的影响。结果表明,对于中、小流量系数模型级,叶顶间隙越大,其效率曲线下降越大,而对于大流量系数模型级,有一定的叶顶间隙可改善叶轮内流场,反而有利于离心压缩机效率性能。无论何种流量系数模型级,存在一定的叶顶间隙则可提升能头曲线。     

Centrifugal compressor tip clearance and impeller flow

Compressors consume a considerable portion of the electricity used in the industrial sector. Hence, improvements in compressor efficiency lead to energy savings and reduce environmental impacts. The efficiency of an unshrouded centrifugal compressor suffers from leakage flow over the blade tips. The effect of tip leakage flow on the passage flow differs between the full and splitter blade passages. In this study, the differences in the flow fields between the full and splitter blade passages were studied numerically in detail. An industrial high-speed compressor with a design pressure ratio of 1.78 was modelled. Numerical studies were conducted with six different tip clearances and three different diffuser widths. The results show that increasing tip clearance considerably increases the reversed flow into the impeller with an unpinched diffuser. The reversed flow then partly mixes into the flow in the same blade passage it entered the impeller and the rest migrates over the blade, mixing with the tip clearance flow. Furthermore, as the reversed and clearance flow mix into the wake, the wake is weakened. As pinch reduces both the reversed flow and clearance flow, the passage wakes are stronger with pinches. However, the pinch is beneficial as the losses at the impeller outlet decrease.

     

动叶局部弯曲对压气机流场和性能的影响

以NASA Rotor67跨音速压气机转子为研究对象,研究动叶局部弯曲对跨音速压气机转子流场和性能的影响,数值结果表明,动叶局部的正弯和反弯均能改善不同工况点下压气机性能,但正弯效果更好;在近最高效率点工况下,正弯有利于提高压气机等熵效率,反弯能缩小流动分离区,改善流场性能。     

Discussion on back-to-back two-stage centrifugal compressor compact design techniques

Design a small flow back-to-back two-stage centrifugal compressor in the aviation turbocharger, the compressor is compact structure, small axial length, light weighted. Stationary parts have a great influence on their overall performance decline. Therefore, the stationary part of the back-to-back two-stage centrifugal compressor should pay full attention to the diffuser, bend, return vane and volute design. Volute also impact downstream return vane, making the flow in circumferential direction is not uniformed, and several blade angle of attack is drastically changed in downstream of the volute with the airflow can not be rotated to required angle. Loading of high-pressure rotor blades change due to non-uniformed of flow in circumferential direction, which makes individual blade load distribution changed, and affected blade passage load decreased to reduce the capability of work, the tip low speed range increases.     

叶片前缘载荷分布对大流量系数离心压缩机叶轮性能的影响

本文主要针对大流量系数模型级的叶轮叶片载荷分布进行研究,通过改变叶片前缘载荷(叶片0~20%无量纲中弧线长)分布来设计不同形式叶轮,并进行了数值模拟分析,通过对流场的分析和性能曲线的对比,研究叶片前缘载荷对叶轮性能的影响,研究发现不同的载荷分布形式使得压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移,叶轮内部流场也有较大差别,分析结果可为大流量系数模型级叶轮结构的优化设计与性能提高提供理论依据,同时为大流量系数压缩机的开发提供参考。     

对旋轴流风机叶顶形态对其性能的影响

为了探究改变叶顶结构对风机性能的影响，采用Fluent对不同叶顶形态的对旋轴流风机性能进行数值模拟。分析了不同叶顶形态对风机效率、全压、叶顶泄漏流和泄漏涡的影响。结果表明：风机效率随叶顶开槽长度的增加而增大。在开槽长度和深度相同时，与第一级叶轮相比，改变第二级叶轮的叶顶形态对风机性能的改善更加显著。与后缘相比，在叶顶前缘开槽对风机性能改善更大。叶顶开槽后，间隙处形成泄漏涡，且叶顶泄漏流入口处涡流强度明显提高，可有效削弱叶顶泄漏流的发展，改善风机性能。     

垂直轴风力机三维气动性能研究及优化设计

建立了五叶片垂直风力机三维模型,采用滑移网格技术对五叶片垂直风力机的气动性能进行分析。研究结果表明,叶片的半径和高度会对风力机外围的速度场及湍动能分布产生明显影响,进而影响风力机的风能利用率。不同转速的风力机随着叶片宽度的增加其风能利用率呈现先增加后减小的趋势,同时在风力机转速一定情况下,风力机的风能利用系数随着叶片高度的增加也呈现明显的先增加后减少趋势。