尾缘锯齿结构对压气机叶片尾迹特性的影响

航空发动机的效率和噪声一直是人们关注的热点,压气机是航空发动机的重要组成部件,压气机叶片尾缘结构对其尾迹特性影响重大。为此,对某型轴流压气机叶片尾缘进行典型三角形锯齿建模,通过Fluent软件模拟研究锯齿尾缘叶片尾迹区域的三维湍流流场信息,对比不同尺寸的锯齿尾缘叶片与无锯齿尾缘叶片的尾迹流动特征和声场特征,分析锯齿尾缘叶片的流动损失机理及降噪机理。研究发现:流过锯齿尾缘的气流会通过锯齿缝隙从压力面流向吸力面,给予尾迹区域一定的能量补偿,从而减小尾迹的速度亏损和总压损失;尾缘锯齿结构会破坏叶片展向涡流结构,使大尺度涡变成各种不同尺度的小涡,通过涡能量扩散来降低尾缘噪声;在齿宽一定的情况下,存在一个最佳的齿高,使得降低流动损失和降低噪声的效果最佳。     

动静干涉下低压涡轮非定常气动载荷研究

为研究动静干涉下轴向间距和尾缘锯齿结构对低压涡轮叶片非定常气动载荷的控制作用,对高效节能发动机(energy efficient engine,简称E3)低压涡轮最后一级的内部流场进行了数值仿真,研究了不同轴向间距和静叶尾缘锯齿结构两种情况下,下游动叶表面非定常气动载荷的变化规律。研究发现：增大轴向间距可以加强尾迹与主流的掺混,消除气流不均匀性,削弱下游动叶表面的非定常气动载荷;静叶采用尾缘锯齿结构不仅可以加强尾迹与主流的掺混,同时还会改变尾缘处的涡结构,对下游动叶前缘产生破坏性干涉效应,使其最大载荷波动降低约30%,减少静叶尾迹速度亏损75.7 m/s,还能适当提升涡轮的流通能力和时均效率。与采用直尾缘静叶的模型相比,采用锯齿尾缘静叶不仅能大幅度地改善涡轮的转静干涉效应和气动性能,还能在不影响涡轮效率的前提下,将涡轮轴向间距缩短10%。     

导向器叶片尾缘厚度对涡轮性能影响研究

某型低压涡轮导向器的冷却方式为"尾缘劈缝"冷却,叶片尾缘处的复杂结构降低了其制造精度。通过计算分析不同叶盆尾缘厚度D1和叶背尾缘厚度D2下的涡轮流场和性能,并与原型叶片计算结果进行了对比分析。研究结果表明:(1)尾缘厚度偏离原型叶片尾缘厚度,涡轮效率降低,涡轮效率的降低幅度与尾缘厚度的偏离程度成正比。(2)尾缘厚度的变化对涡轮功的影响较小。(3)尾缘厚度D1的变化对涡轮流量的影响较大,增大D1涡轮流量降低D2对涡轮流量的影响较小。     

转子叶尖尾缘端削对轴流压气机失速裕度的影响机理北大核心CSCD

针对某型航空发动机压气机转子叶片尾缘出现的叶尖掉块问题,设计了两种叶片尾缘端削方案,并评估了两种端削方式对压气机级性能的影响,揭示了压气机的失速机理及端削对失速裕度的影响机理。结果表明,端削使压气机的压比裕度降低约0.5%,将压气机的流量裕度提升1%以上,整体上对压气机效率的影响较小;通过对流场的定量分析发现,压气机的失速由转子叶根附近叶片吸力面附面层的分离诱发;转子叶尖尾缘端削改变了整个叶高范围内流量的径向分布,并通过提高转子叶根附近的流量降低了附面层的分离程度,进而提升了压气机的流量裕度;采用叶片尾缘斜切的端削方式对压气机性能的影响更小,可以作为解决叶尖掉块的一种处理方法。     

叶片尾缘形状对离心风机气动性能影响的研究

采用CFD方法对某离心风机流场进行计算,首先将计算所得的风机总压升和效率与试验数据进行对比,验证了计算方法的准确性和可靠性。再对比计算不同叶片尾缘形状对风机气动性能的影响,通过叶轮流场速度矢量和相对马赫数的分布,对比各计算模型之间的差别,得出结论：椭圆型尾缘有助于改善叶片出口流动,提高叶轮效率,但也会导致叶轮总压升的降低。     

叶片尾缘凹陷结构对空调用轴流风机性能的影响

根据建立的窗式空调用室外机的数值仿真模型,首先对室外轴流风机的风量-静压特性进行数值研究,通过与实验测量的比较,验证了本文数值计算的有效性。考虑到轴流风机降噪的要求,本文研究了两种叶片尾缘凹陷结构对轴流风机气动性能和噪声的影响。进一步考虑到轴流风机风量的提升要求,考察了叶片高度变化对轴流风机风量和噪声的影响。研究结果表明,轴流叶片尾缘的凹陷可以改善叶片表面压力分布,减小叶轮叶片尾迹,降低室外风机气动噪声。在不同转速下对空调用室外轴流风机的风量和噪声进行测量,发现在小风量条件下采用叶片尾缘凹陷结构可降低风机噪音1.0d B以上;在大风量条件下,采用叶片尾缘凹陷结构,降噪效果有所下降。如果保持叶轮转速和半径不变,在可装配条件下,叶片高度从58mm增加到79mm,空调用室外轴流风机的风量较原型增加了75m~3/h,增幅达15.5%。     

气冷涡轮叶片气热耦合数值模拟研究

采用气热耦合计算方法进行气冷涡轮气动性能-传热分析,这种方法无需指定对流换热系数和热流密度等经验参数,只须要给出气流与固体之间的流动换热物理条件.利用该方法对某三维涡轮导叶进行数值模拟,计算结果表明,气热耦合计算的叶片温度场更接近真实情况,针对该叶片尾缘烧蚀问题,利用气热耦合计算方法,研究了叶片尾缘冷却设计方案,通过对在尾缘开缝冷却方案的分析计算,结果表明,该设计方案可以使得尾缘最高温度下降了130K.     

空气涡轮机静叶片精铣工艺优化研究

空气涡轮机静叶片是涡轮机重要部件之一,通常为两半式叶片,中分面被分割叶片的精铣成形工艺是叶片加工的关键。传统铣削加工工艺会引起叶片上翘变形,中分面上的叶片出现错位变形,造成汽道不流畅,甚至导致零件报废。针对空气涡轮机TC4钛合金静叶片精铣时的变形问题,对传统铣削工艺进行优化,提出在叶片刚性较好时,先对叶片尾缘进行插铣精加工,再精铣叶身的新工艺。在整体加工余量较多时,先插铣加工叶片尾缘,在后续整体精铣中避开对尾缘的切削,避免尾缘在厚度较薄、刚性较差时因铣削受力引起形变的问题,新工艺解决了两半式静叶片精铣加工变形的难题,在涡轮机静叶片的加工生产中具有指导意义。     

锯齿尾缘对叶片尾迹特性的影响

对某型轴流压气机叶片尾缘进行三角锯齿建模,利用Fluent软件对基准叶片、短锯齿叶片、长锯齿叶片进行数值模拟研究。研究表明:锯齿尾缘可以有效加强尾迹区与主流区之间的流动掺混,且长锯齿尾缘尾迹区流动掺混程度比短锯齿尾缘更强;流动掺混的增强使得叶片出口速度更均匀,从而减小速度亏损。同时,由于长锯齿尾缘叶片显著地降低了尾缘附近的湍流强度,导致湍流与叶片尾缘相互干涉作用降低,因而能有效降低压气机叶片噪声,相比于基准叶片及短锯齿尾缘叶片,长锯齿叶片在降低噪声和减小流动损失方面效果更佳。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。     

两种尾缘凹陷方式对开式轴流叶轮内流特性及性能影响分析

开式轴流叶轮因其无外壳结构造成风机内部流动结构复杂。论文采用数值分析与实验结合的方法,以某室外机用开式3叶轴流叶轮为模型,通过改进叶轮尾缘结构,设计了两组不同的尾缘凹陷方案进行数值模拟和试验研究。结果显示:尾缘凹陷能够有效改善叶片表面压力分布,减小压力面与吸力面之间的压力差,减小叶顶间隙涡流区,改善角区分离,减弱叶轮尾迹,有效改善叶轮内部流动。对比实际工作流量点,在相同转速条件下,尾缘凹陷使得风机全压降低5.2Pa,功率降低28.0%;在相同工况条件下,叶轮功率降低达14.3%,节能效果明显。     

离心叶轮叶片载荷分布优化设计

以某离心风机为研究对象,基于三元反问题设计方法,将离心叶轮的轮盘、轮盖侧叶片载荷分布及叶片尾缘倾斜作为设计参数,利用响应面法与多目标遗传算法组合优化的方法进行优化设计,将翼型叶片优化为三元单板型叶片。数值模拟结果表明:优化叶轮相较于原始叶轮在设计工况下的全压效率提高了1.3%,在全工况范围内,叶片出口非工作面靠近轮盖侧的流动分离现象也得到了明显的改善,全压效率均有明显提高。     

钝尾缘风力机翼型气动性能计算分析

钝尾缘风力机翼型有较好的结构和气动性能,是目前多被用于大型风力机叶片靠近轮毂区域的选定翼型.但钝尾缘翼型也有缺点,易产生大的脱流涡,这会降低叶片的气动性能.为了更好地研究钝尾缘翼型的性能,以了解其气动性能的降低能否与其结构性能的优化相匹配.采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对薄尾缘翼型S809和改进的钝尾缘翼型S809-100的性能进行模拟和对比,结果表明相对于薄尾缘翼型,钝尾缘翼型可以增大断面的最大升力系数和升力曲线斜率,并可以降低翼型污染对翼型升力影响的敏感度.     

汽车地板踩踏性能分析与优化

建立汽车地板分析模型,采用Abaqus非线性静强度加载特定载荷对地板不同区域进行分析,快速初步评估地板踩踏性能,并确定需要屈曲分析的局部区域。然后对此局部区域采用非线性屈曲分析,证明地板在屈曲区域为非缺陷敏感型结构,并精确评估地板临界屈曲载荷。将分析结果与试验结果进行对比,位移误差在10%以内,仿真临界屈曲载荷位于试验屈曲载荷区间内,证明仿真模型的正确性和可靠性。根据地板屈曲特性提出有效优化措施,即更改筋的布置与参数,并用非线性静强度分析对优化方案进行快速验证,结果表明优化方案踩踏性能较好。     

钝尾缘叶片三维建模方法的研究

钝尾缘风力机翼型目前被多数用于大型风力机叶片叶根与最大弦长处,这是因为气动上,钝尾缘翼型能够提高升力系数斜率、降低翼型不敏感性;而结构上,钝尾缘翼型与相同厚度翼型相比增加了截面面积和转动惯量[1],论文依据钝尾缘特点,提出设计钝尾缘翼型方案,并以58米长度叶片为例,设计钝尾缘翼型形状,以及此区域主模型的分模方式,完成三维模型建立,为后续有限元建模及模具加工制造提供基础。     

34m复合材料风力发电机组叶片屈曲有限元分析

采用有限元分析的方法解决了叶片的静强度和屈曲稳定性问题.首先,阐述了利用MSC.Patran建立复合材料叶片的有限元模型的步骤和方法;其次,利用蔡-吴(E.M.Wu)失效准则和Hill-蔡(S.W.Tsai)强度理论校核了几种主要承力材料的强度;最后,结合有限元二阶屈曲模态计算结果,讨论了风机叶片结构的屈曲稳定性.     

基于混合改型理论的风力机翼型参数化方法

翼型的参数化表达方法是风力机翼型优化设计理论中最基础的部分.基于此,研究由基于泛函的儒科夫斯基变换理论建立的翼型参数化集成表达方法和SOBIECZKY尾缘改型方法在优化过程中的特点与不足,提出一种混合式尾翼型缘改型方法.建立采用最优保存策略的遗传算法优化模型,以Xfoil作为目标函数流体力学求解器,使用涉及的几种参数化方法,对RAE2822和NACA63215初始翼型进行优化设计.优化结果表明,混合式尾缘改型方法有效地克服了上述泛函变换方法和SOBIECZKY尾缘改型方法的不足之处,其与泛函变换方法的结合能够全面而有效地控制翼型,特别是尾缘部分的形状,优化所得的翼型具有良好的气动性能.     

离心叶轮降噪试验研究

针对某一应用在CT机上的散热离心叶轮,使用叶片尾缘锯齿结构和不等距排列叶片叶轮进行降噪试验研究,两改进叶轮的气动性能和噪声特性与原叶轮进行比较分析。试验结果表明,使用叶片尾缘锯齿结构的叶轮在整个风机工况范围内气动性能基本保持不变,降噪效果明显;使用不等距排列叶片叶轮噪声只在高效区下降明显,在偏工况下,噪声甚至有所升高,气动性能也相应的变差,主要原因是由于不相等的叶片栅距导致相邻叶片的环流相互影响,致使气流在流道中的流动变差。对叶轮降噪研究中既要保证取得最大的声学效益,又要兼顾风机的气动性能不能有较大降低。     

镍基高温合金叶片叶尖磨削砂轮系统加工稳定性研究

压气机静子叶片作为航空发动机的关键零部件之一,其加工精度及表面质量对航空发动机使用寿命和安全性能有重要影响.针对XX型压气机镍基高温合金静子叶片叶尖磨削,建立砂轮系统动力学模型,对砂轮系统进行模态仿真和静力学仿真,分析叶片叶尖弱刚度磨削加工稳定性问题.根据仿真结果对砂轮杆结构进行优化设计,研究结果表明,优化后的砂轮杆可...     

尾缘厚度对压气机叶栅气动性能的影响研究

针对不同尾缘厚度对压气机叶栅气动性能影响的问题,采用尾缘对称加厚的方法,在保证弦长、最大厚度、最大厚度相对位置、前缘半径、安装节距和安装角等参数不变的条件下,使尾缘厚度相对于弦长在0.1%~8.0%范围变化。根据Baldwin-Lomax模型建立了压气机叶栅二维湍流流动模型,并对模型近壁面进行了网格加密处理,通过隐式多重网格法加速计算的收敛,利用NUMECA软件,对叶型原型和对称加厚尾缘叶型的总压损失系数、叶型气流转折角和升阻比进行了数值计算。研究结果表明,尾缘厚度在一定范围内增大时,气流转折角减小,升阻比呈先增后降的趋势,而尾缘厚度较大时,推迟了叶型失速的出现,但尾迹损失和总压损失系数较大。