特征相容方程在跨音速叶栅流场边值计算中的应用

本文提出了在用时间相关和有限体积法计算叶栅跨音速流时,用特征相容方程计算流场边值的数值方法。应用这种方法对Hobson跨音速叶栅进行了计算。计算结果表明,这种方法可以在粗网格下得到较高精度的结果。     

发动机叶栅的实验研究和数值预测

在暂冲式跨音速平面透平叶栅风洞上对某叶栅进行了吹风试验。通过数值预估实验叶栅流场,提供了流场大体结构,设计了实验方案。为选择压力传感器量程和布置测点位置提供了依据。实验测量得到了设计安装角及变工况下叶片表面压力、叶片表面等熵马赫教及波系结构随叶栅进口气流角的变化,并对叶栅内部及出口流场进行了纹影照相。数值预测与试验结果相比较,在大部分情况下,吻合得很好,说明了计算程序的可靠性。反过来,试验结果又可用于检验和改进N.S方程计算程序。     

轴向密流比对叶栅性能影响的研究

轴向密流比是决定叶轮机械叶栅流动工作状态的一个重要参数,它对叶栅诸性能有较大的影响。本文对该问题进行了一些理论及实验方面的研究,推导出了叶栅总压损失系数、尾迹附面层特性参数、叶栅增压比及扩散因子等叶栅性能参数与轴向密流比的关联方程,并对某压气机叶栅进行了吹风实验,得到了不同轴向密流比条件下的叶栅性能。理论计算与实验结果进行了比较,两者的吻合程度是令人满意的,表明本文所得出的理论关联式可以有效地估算轴向密流比对叶栅性能的影响,具有一定的实用价值。     

液力变矩器叶栅绘形的三维模型设计方法

提出在液力变矩器叶栅系统设计中直接建立叶栅系统三维模型，采用一种几何变换方法精确求解液力变矩器叶栅数据，克服以往平面展开近似算法的误差（尤其是轴向抽影图中向心涡轮变矩器其涡轮进口及泵轮出口处其流线切线与轴线几乎平行时，投影计算法误差较大），使设计计算结果更精确，该方法简单易行，可对叶栅系统的空间结构进行更加详细的描述。     

某船用汽轮机高压级改型设计及静叶试验

为提高汽轮机高压级流动效率,对某船用高压汽轮机末三级进行了静叶及子午流道改型设计,通过改变叶栅的气动负荷分布以及子午流道形状来实现机组性能的改善.应用全三维粘性数值模拟分析了改型前后机组性能的变化以及流场的特点.对比数值模拟结果可以发现,改型设计不仅消除了静叶外端壁附面层的分离,同时使得各列静叶吸力面最低压力点后移,从而有效地降低了叶栅二次流损失.最后对改型前后的静叶进行了平面叶栅气动性能试验,试验结果表明改进后的叶型不仅缩短了吸力面出口逆压梯度段的长度,还有效地提高了叶栅攻角适应能力.     

预测轴流压气机叶栅端壁附面层及叶片力亏损的速度模型

本文应用三种不同的三维附层速度分布模型对轴流压气机叶栅通道端壁附面层及其叶片力亏损进行了详细的研究，考虑了叶片端部间隙漏流的影响。对三种高负荷叶栅的数值分析结果与实验结果比较表明，采用新的叶片力亏损模型后，不同的速度分布模型对叶片力亏损的预测结果影响较小；而对端壁附面层的预测结果产生较强的影响，叶栅端部无间隙叶，本文的速度模型1或3优于模型2；叶栅端部有间隙时，速度模型1最优，由此提高了端壁附面层数值预测的准确性。     

汽轮机叶栅内蒸汽流动的数值模拟研究

蒸汽汽轮机叶栅内流动属于变截面管流问题.本文利用力学知识建立了叶栅机翼理论,利用Computational Fluid Dynamics （CFD）软件对蒸汽在汽轮机叶栅内的流动进行了数值模拟研究,包括稳态流动及非稳态流动,并对叶栅内部蒸汽流动的压力和马赫数进行了动态显示,分析研究验证了与流体力学有关机翼和叶栅边界层理论知识.     

用时间相关有限体积法求解任意旋成面叶栅的跨音速流动

用时间相关有限体积法求解叶轮机械中任意旋成面叶栅的跨音速流动.以积分型的基本方程出发,采用一种简单的四边形多重网格和差分格式,对定常、无粘性、可压缩完全气体的跨音速流场的数值分析,提出了一个行之有效的计算方法,以两个平面叶栅为例进行计算,其结果与实验结果的吻合证实了本方法的成功.这种方法可用于算带有激波的跨音速流场,并对叶栅的设计和叶片的造型有一定的指导作用.     

判明后掠影响的平面叶栅试验研究

本文给出了判明后掠影响的平面叶栅试验结果。试验结果表明,后掠对叶栅正常特性的影响,主要表现在使叶栅损失降低,临界马赫数提高;对落后角的影响不明显。试验结果还表明,叶栅端壁与叶片前缘的交角情况对端部损失有明显的影响,对于交角为钝角的情况,端部损失小于交角为直角的情况;对于交角为锐角的情况,端部损失则大于交角为直角的情况。上述结果,可供压气机设计时作参考。     

变几何收敛通道中叶栅性能的研究

本文对变几何收敛通道中扩压叶栅的主要性能参数(总压损失系数ω、增压比π、扩散因子D)进行了初步理论分析研究,推导出高亚音速范围内该类型叶栅的几何参数、气流参数、尾迹附面层特性参数与叶栅主要性能参数的关联方程,并在亚音速范围内,将采用上述方程得到的计算值同实验值进行了比较,表明两者吻合较好,从而为压气机叶栅设计时选取主要参数提供了依据。     

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。     

Nonlinear Pre-deformation Method for Compressor Rotor Blade

压气机转子叶片非线性预变形方法

王永亮,李世豪,郑龙凯,康达

（大连海事大学 船舶与海洋工程学院,大连 116026）

中文说明：

本文综合考虑气动力和离心力对叶片变形的作用,基于载荷增量法,对Stage 37的转子叶片进行了预变形设计。在此基础上,考虑叶片变形过程中的载荷及刚度非线性,对预变形叶片在非设计工况下进行叶型重构,分析了非设计工况下不同叶片构型气动性能及结构参数的变化规律。本方法可为压气机非设计工况气动和气动弹性的强迫响应、颤振等问题的分析提供准确的叶片构型,有助于提高高负荷压气机气动及强度特性分析和检验的精度。

关键词：压气机叶片;预变形;叶型重构;流固耦合;叶片变形

子电池;比容量;液氮

     

Aerodynamic performance of high-turning curved cascade with boundary layer suction

The impact of boundary layer suction on the aerodynamic performance of a high-turning compressor cascade was numerically simulated and discussed. The aerodynamic performance of a curved and a straight cascade with and without boundary layer suction were comparatively studied at several suction flow rates. The results showed that boundary layer suction dramatically improved the flow behavior within the flow passage. Moreover, higher loading over the whole blade height, lower total pressure loss, and higher passage throughflow were achieved with a relatively small amount of boundary layer removal. The integration of curved blade and boundary layer suction contributed to better aerodynamic performance than the cascades with only curved blade or boundary layer suction used, and the more favorable effect resulted from the weakening of the three dimensional effects of the boundary layer close to the endwalls.     

Aerodynamic performance of high-turning curved compressor cascade with boundary layer suction

The impact of boundary layer suction on the aerodynamic performance of a high-turning compressor cascade was numerically simulated and discussed.The aerodynamic performance of a curved and a straight cascade with and without boundary layer suction were comparatively studied at several suction flow rates.The results showed that boundary layer suction dramatically improved the flow behavior within the flow passage.Moreover,higher loading over the whole blade height,lower total pressure loss,and higher passage throughflow were achieved with a relatively small amount of boundary layer removal.The integration of curved blade and boundary layer suction contributed to better aerodynamic performance than the cascades with only curved blade or boundary layer suction used,and the more favorable effect resulted from the weakening of the three dimensional effects of the boundary layer close to the endwalls.     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

变马赫数下压力面小翼对扩压叶栅气动特性的影响

为探究变来流马赫数下压力面叶尖小翼对扩压叶栅气动特性的影响,对Ma=0.5、Ma=0.6和Ma=0.7来流马赫数下的原型叶栅和加装不同宽度的压力面叶尖小翼的扩压叶栅流场特性进行了实验研究. 结果表明:在高亚声速的来流条件下,压力面叶尖小翼可以有效减小叶顶两侧压力梯度,阻碍流体流入叶顶间隙,控制叶顶泄漏流动,减小流场损失,改善流场流动状况. 随着小翼宽度的增加,改善程度增大,同时马赫数的变化与控制效果成正比. 当Ma=0.7时,与原型叶栅相比,PW2.0方案的流场改善程度最大,总压损失系数降低了6.53%.     

轴流压气机转子性能及间隙流动研究

以一轴流压气机孤立转子实验台为研究对象，对其内部流动进行了全三维的数值模拟。数值计算结果与实验测量结果对比分析表明，程序很好地预测出了孤立转子的总性能和基元性能。以此为基础进一步数值研究了间隙大小的变化对该实验台间隙流动的影响。结果表明，间隙的大小对动叶顶部区域的流动特性，包括间隙流动的发展形式、泄漏涡的强度、间隙流动造成的损失分布等，产生了很大的影响。     

基于改进型动量BP神经网络算法的风扇叶片性能优化研究

为探索叶片优化设计的新途径,获得具有更高气动性能的各类叶片,使用了一种改进型变学习率动量BP神经网络算法和非均匀有理B样条函数法相结合的方法,对某风扇压气机的第2级转子叶片特别是针对其根部基元级进行了气动优化改型设计;通过对转子叶片和整个风扇压气机优化设计前后气动性能的对比分析,表明该优化设计方法确实可行,能够改善转子叶片以及整个风扇压气机的气动性能,使整机的效率和压比分别增长了0.379 4%以及0.225 4%,达到了优化的目的。     

不同分流比下风扇／压气机组合体性能预估研究

在存在内、外涵道的风扇／压气机组合体性能预估进行了研究,其思路是将基元叶片法＋附面层修正＋分流环效应三有效地耦合在一起,既能较准确的考虑因气体的粘性影响而引起的堵塞,又可将分流环周围的流场效应在子午流面的计算中体现出来,所研究的具有任意分流比的内扇／高压压气机气动性能预估程序,算例验证对比得到的预测结果表明,该方法不失为风扇／压气机性能分析的有效辅助工具。     

一种专用集成电路功能测试仪的设计与实现

采用现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）技术设计与实现了一种低成本、高性能的专用集成电路（ＡＳＩＣ）功能测试仪——ＮＰＵＡＳＩＣ测试仪。测试管脚多达１２８路，每路独立可编程，具有多种测试模式，可测试静态和动态芯片，并具备初步的速度测试能力。该测试仪是在ＩＢＭＰＣ及其兼容机上开发的，操作系统为ＤＯＳ；测试环境成熟，提供了与Ｃ兼容的高级测试语言，并可与当前几种广泛使用的电子设计自动化（ＥＤＡ）工具接口。