轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术足工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段.然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况.现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的雎气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理.     

高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征.结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖问隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降.     

半开式离心叶轮自循环机匣处理扩稳机理研究

为了改善传统的机匣处理在取得扩稳效果的同时伴随着叶轮绝热效率的下降,提出了一种新式的自循环机匣处理结构,并针对LSCC离心叶轮利用数值仿真的方法研究了处理的扩稳机理。分析表明,自循环机匣处理能有效的延迟失速的发生并在近失速区域略微提高压气机的绝热效率以及总压比。通过详细的流场仿真表明,用循环形式的机匣处理结构能有效地增大进口轴向速度以及叶顶区的气流进气角度,抑制了间隙泄漏涡在叶顶通道内的发展,从而减少叶轮叶顶区域的流动损失。     

跨声压气机转子进口总压畸变的数值仿真

研究燃气涡发动机问题,进气畸变会严重影响压气机的稳定性,针对目前对进气畸变问题研究的不足,为提高工作稳定性,利用全三维定常数值仿真方法研究了一跨声压气机转子在不同类型的稳态总压畸变入口条件下的特性,并对比分析了三种典型转速工况下稳态周向总压进气畸变对压气机转子的影响并进行仿真.仿真结果表明,在设计转速,相同进气畸变强度下,径向叶尖畸变时转子的性能和稳定性的降低最大,而径向轮毂畸变时转子的稳定裕度有所提高,证明系统的性能得到改善.     

涡轮叶尖压力边小翼肋条对泄漏流场的数值模拟

结合基于压力修正的采用雷诺应力湍流模型加壁面函数的气维计算流体力学程序,通过在叶尖压力面表面边缘加小翼肋条的被动控制方法以期减小叶尖间隙泄漏流动带来的损失,文章对某一轴流涡轮转子叶尖间隙泄漏流场的被动控制进行了数值模拟研究,并详细分析了在不同肋条宽度下泄漏流场细节,最后计算了涡轮效率;结果表明:涡轮叶尖单压力边小翼肋条总体上减小叶尖表面压差,使得吸力面后半部分泄漏流速度减小,从而减小泄漏流动损失,但会增大通道内流动损失,涡轮转子效率下降;小翼肋条宽度有一个最佳值,小间隙下增大肋条宽度使得效率减小,大间隙下肋条宽度增大却增大涡轮转子效率;压力边小翼肋条改变了叶尖压力边附近的流场,对吸力边附近泄漏流动结构没有大的影响.     

梯形间隙处理机匣对于离心压气机性能的影响

针对高速离心压气机设计了6种梯状间隙机匣处理结构,采用数值模拟方法比较分析了不同机匣结构对离心压气机性能和稳定性的影响。结果表明:随着梯状间隙结构径向尺寸的增大,近失速点效率会随之逐渐下降,而稳定裕度值和近失速点压比则有所提高。梯状间隙结构大径向间隙区域的轴向尺寸变小,会使近失速点效率,压比以及稳定裕度值都略有增大。通过对叶顶区域流场的分析,揭示了梯状间隙结构机匣处理的扩稳机理。     

压气机三维流场数值仿真及湍流模型研究

本文利用商用CFD软件对压气机转子通流部分建立了一个三维的数值模拟计算平台.对NASA Rotor 37跨音速压气机转子全工况特性进行了计算,与NASA Rotor37的实验结果对比表明,本文的网格生成技术和数值模拟方法都是比较成功的,满足一定的数值求解精度,具有工程技术应用价值.在湍流模型方面引入Baldwin-Lonax(B-L)湍流模型和Spalart-All-maras(S-A)湍流模型,并对模拟结果进行了分析对比研究.对跨音速压气机转子内流场的数值模拟结果表明:S-A湍流模型对跨音速压气机转子的模拟能力优于B-L湍流模型.     

旋翼翼型动态失速特性的数值仿真研究

旋翼翼型动态失速具有很强的非定常性与非线性,为研究动态失速发生时的气动和流场特性,基于CFD软件FLU-ENT,采用单方程S-A湍流模型,对NACA0012翼型的动态失速特性进行数值仿真。仿真结果显示,轻失速是后缘分离,旋涡影响范围小;深失速则形成了很强的前缘分离涡,结构复杂,影响范围大。参数研究显示,较大的湍流强度能减缓动态失速的发生,并且动态失速状态下的分离涡影响范围较小。通过与实验的对比证明,用S-A湍流模型的方法可以较好地仿真动态失速过程中旋涡的形成与发展过程。     

三维地效翼展向效应数值模拟

为研究地效翼的展向效应,利用FLUENT软件求解定常不可压N-S方程和标准k-ε湍流模型,对在地面效应下三维地效翼的流场进行数值模拟.首先,对给定面积和离地高度下不同展弦比的地效翼进行数值模拟;然后,对给定弦长和相对飞行高度下不同展弦比和带端板的地效翼进行数值研究.计算结果给出不同展弦比和带端板地效翼的气动特性曲线,揭示展弦比和端板对翼尖涡涡核位置和下洗角的影响规律.在地面效应下,机翼的展向效应更为明显,端板将进一步提高机翼的空气动力性能;翼尖涡的位置受地面影响向外移动,下洗角相应减小.研究结果为地效飞行器的设计与优化提供理论依据.     

基于模糊熵的压气机失速信号分析研究

熵作为无序程度的度量,能够用于描述不同过程的复杂度或相似程度。采用模糊熵分析了某跨声压气机从稳定工作状态连续变化到失速工作状态过程中机匣壁面静压的变化情况,发现模糊熵值在压气机稳定工作状态下变化很小,而当模糊熵开始大幅值波动时压气机开始进入失速状态。将模糊熵分析结果与滤波分析进行对比表明,模糊熵可应用于压气机失速先兆信号的实时监测。     

高负荷跨音速轴流压气机的叶型优化设计

研究轴流压气机优化设计问题,在高负荷跨音速轴流压气机相应的叶型优化设计工作中,针对压气机等熵效率过低,由于转子叶顶通道出现流动分离,导致损失过大。为提高等熵效率,结合人工神经网络与遗传算法对压气机转子的吸力面50%叶展以上叶型进行调整。优化后的新叶型可以有效地改善叶顶流动结构,抑制分离,在总压比基本不变的情况下使压气机峰值效率提升约1.7试验证明,叶型优化设计有显著效果,同时也指出了单一优化方案的局限性。     

Simulation of the surface profile of the groove bottom enveloped by milling cutters in single screw compressors

In machining of a single screw compressor, the milling technique of screw rotor grooves with cylindrical milling cutters has far higher machining efficiency than turning. But, the screw groove bottom surface produced by the flat end of milling cutters will fail to mesh with the flat tooth tip hermetically, and thus give rise to compressed gas leakage. This paper carries out a mathematic simulation of the screw groove bottom surface profiles. The research brings screw groove bottom profiles machined by different cylindrical milling cutters to light, and provides some references for designing the column envelope meshing pairs in single screw compressors.     

Performance of a centrifugal compressor with holed casing treatment in the large flowrate condition

As demonstrated by former work,the holed casing treatment can be used to expand the stall margin of a centrifugal compressor with unshrouded impeller.In addition,the choked margin can also be expanded as experimental results indicated.Moreover,the compressor performance,especially the efficiency,on the whole working range is improved.As shown by experiments,the stall margin and choked margin of the compressor are extended,and the maximum efficiency improvement is 14%at the large flowrate of 1.386.Numerical ...     

Effects of injection frequency on the rotor stall margin

The stall margin of compressor could be improved effectively by rotor tip injection,and the periodic injection is commonly used in the research.The purpose of this work is to investigate the influence of injection frequency on the rotor stall margin.An unsteady CFD code was employed to simulate the flow field of the rotor with injections of different frequencies.Comparing the stall margin of the rotor with injections of different frequencies,it is shown that there is an optimal injection frequency,around wh...     

叶片气动优化仿真数据的数据挖掘应用研究

叶片气动优化设计过程中产生的海量过程仿真数据中隐含着丰富的领域设计知识,为了获取其中隐含的设计知识,将基于粗糙集的决策树数据挖掘方法应用到叶片气动过程仿真数据的知识挖掘中。以跨音速压气机转子叶片NASA Rotor37气动优化设计为例,利用K-Means聚类分析对仿真数据进行离散化处理,采用粗糙集属性重要性算法进行属性约简,采用决策树算法构建叶片优化设计知识决策树,挖掘出叶片优化设计变量弯扭、周向积迭线的控制点偏移量与目标函数总压损失系数之间隐含的设计规则。结果表明,基于粗糙集的决策树的数据挖掘技术为叶片气动优化设计领域知识获取提供了一条有效的新途径。     

The effect of shoe sole tread groove depth on the friction coefficient with different tread groove widths, floors and contaminants

Slipping and falling are common phenomena in both workplaces and our daily activities. The risks associated with slipping and falling are related to the materials of footwear/floor, contamination condition, and geometric design of the sole. Shoe soles of various tread design are very common. Tread pattern of the shoe affects friction especially under liquid-contaminated conditions. Verification of the effects of tread groove depth is significant in assisting designers in designing proper footwear for workers exposed to slippery floor conditions. In this study, we measured the friction coefficients using the Neolite footwear pads on the terrazzo, steel, and vinyl floors under three liquid-contaminated conditions. A Brungraber Mark II slipmeter was used. The footwear pads had tread grooves with a width of either 3 or 9 mm. The depth of the tread grooves ranged from 1 to 5 mm. The results showed that tread groove depth affected the friction coefficients significantly. Higher friction values were recorded for footwear pads with deeper tread grooves on wet and water–detergent-contaminated floors. The averaged coefficient of friction (COF) gain per tread groove depth increase in millimeter under these two surface conditions ranged from 0.018 to 0.108, depending on the tread groove width, floor, and contaminant.     

某单级压气机试验件叶顶碰摩特性研究

对某型压气机单级试验件气动性能试验中轴系振动特性进行了监测与分析,结果表明,背压变化会导致动叶叶顶与机匣发生碰摩现象,引发轴系低频高幅冲击振动,并给出了引发该型压气机叶顶碰摩的主要因素,以及避免碰摩引起高幅振动的主要改进措施,为轴流压气机级气动特性试验的安全运行提供参考.