叶尖间隙对轴流压气机近失速叶尖流动的影响

为研究动叶间隙大小对轴流压气机近失速叶尖流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、小间隙及2个大间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,设计间隙下压气机喘振裕度最大,随着间隙增大,裕度近似呈线性降低,失速形式由动叶吸力面分离引起的"叶尖失速"转变为"泄漏涡堵塞失速"。大间隙情况下,叶尖前缘附近发出的泄漏流形成松散的涡系结构,诱导中部及尾缘附近泄漏流共同形成回流及大量二次泄漏,堵塞转子通道进口,引起失速的发生。     

自循环机匣处理喷气位置对压气机性能的影响

为了揭示自循环机匣处理对Stage 37气动性能的影响机理，利用数值模拟方法研究了不同喷气位置对压气机气动性能的影响。在设计转速时，分析了不同喷气位置的自循环机匣处理装置的叶尖流场，探讨了自循环机匣处理的扩稳机理。数值模拟结果显示：不同喷气位置的自循环机匣处理在略微降低压气机效率的情况下，能够分别扩大2.96%，2.72%，2.83%，2.6%的失速裕度；设计转速时，Stage 37中转子叶尖区激波/叶尖泄漏涡相互干涉以及泄漏涡破裂后产生的阻塞区，是影响Stage 37压气机内部流动失稳的关键因素。自循环机匣处理的扩稳机制主要在于利用高速喷气抑制叶尖泄漏涡的破碎程度，减小叶尖阻塞区面积，进而提高压气机的失速裕度。     

四级低速轴流压气机端壁区流动的实验研究

在四级低速大尺度轴流压气机试验台上,利用自行设计加工的十孔梳状附面层探针、四孔探针以及埋入高频响Kulite传感器的动态探针,针对端壁区流动展开了详细的流场测量。从附面层探针测量结果中能清晰识别出附面层区和主流区;获得了该压气机进口的附面层位移厚度、动量损失厚度、能量损失厚度及堵塞系数,且实验结果表明,采用平板紊流附面层公式能较好地进行附面层厚度的估算;采用位移机构带动四孔探针测得的第三级压气机转子进出口流场速度结果显示,受轮毂旋转作用,转子后的下端壁区附面层厚度明显要小于上端壁区附面层厚度;动态探针测量结果能较为明显地识别出叶尖泄漏涡的发展轨迹,且随着流量系数的减小,叶片尖部最大负荷点从尾缘向前缘移动,导致叶尖泄漏涡起始点前移。     

核心机驱动风扇级转子叶尖流动结构和机理的研究

为了探究核心机驱动风扇级不同工作模式下转子叶尖流动结构和机理,对某核心机驱动风扇级转子流场进行了三维定常数值模拟,分析了单外涵模式和双外涵模式下工作点及近失速点转子叶尖流场结构特点,并研究了不同叶尖间隙对核心机驱动风扇级性能的影响。结果表明:单外涵模式与双外涵模式设计点叶尖泄漏涡起始位置不同;单外涵模式转子叶尖存在贯穿流道的正激波,双外涵模式该正激波消失;泄漏涡经过转子叶尖超声速区域会形成低速带;单外涵模式时泄漏涡经过正激波后发生扩散,并使正激波出现"缺口";转子叶尖间隙大小对核心机驱动风扇级两种工作模式下的流量、压比和等熵效率影响均较小,间隙增大到一定程度后稳定裕度下降剧烈。     

周向布局对串列转子气动性能的影响研究

串列叶栅是提高轴流压气机气动负荷的有效途径。在串列转子设计中,前后排转子的周向相对位置对其效率和失速裕度具有重要影响。研究发现当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,串列转子效率和失速裕度均要优于其他周向布局形式。在设计工况,后排转子的势影响对前排转子吸力面流动有着重要影响,当后排转子前缘逐步靠近前排转子压力面时,可以改善前排转子吸力面尾缘区域的压力梯度,避免吸力面发生流动分离;在近失速工况,当后排转子前缘靠近前排转子压力面时,利用后排叶尖泄漏流与前排尾迹之间的流动掺混,可以有效减小后排通道中叶尖的气动堵塞,有效拓宽串列转子的失速裕度。     

跨音速压气机转子叶尖间隙流场特性研究

为了分析跨音速转子叶尖间隙高度对转子叶尖流场的影响,以某轴流压气机跨音级为研究对象,采用全三维数值模拟方法,探讨了设计点和近失速工况下叶尖泄漏涡与激波的相互作用现象及不同的间隙条件下叶尖泄漏涡的演化、发展规律.计算结果表明,与设计点相比,近失速工况下间隙泄漏涡在流场中的位置及其与叶片弦长的夹角基本不变,但其对激波的影响...     

浅谈叶片尾缘波状修型对压气机气动性能的影响

本文以跨音压气机Stage35为研究对象,在保持原有叶型几何不变的前提下,利用UG软件对压气机转子叶片尾缘进行正弦波修型,调整波形的波长及振幅,得到4种不同的修型方案,然后利用NUMECA商用软件数值模拟,分析不同修型方案下压气机特性线,结果表明大振幅的转子叶片尾缘波状修型能改善压气机的稳定裕度、增大压比以及效率。对比最佳修型方案与未修型压气机流场细节发现,波浪状修型是通过改变激波的位置和强度、重新分配叶片的表面载荷以达到减弱尾迹厚度、提高压气机气动性能的目的。     

主/被动流动联合控制技术对高负荷扩压叶栅流场结构及损失的影响*

为精简附面层抽吸结构、提升吸附式压气机的工程应用性,提出将串列叶栅技术与端壁附面层抽吸技术相结合的主/被动流动联合控制技术。以某多级高负荷吸附式压气机末级静子作为研究对象,借助数值模拟的方法,探讨串列叶栅技术、端壁附面层抽吸技术以及主/被动流动联合控制技术对原型扩压叶栅内部流场结构及气动损失的影响。研究结果表明,主/被动流动联合控制技术结合了两种流动控制技术的优势,对原型高负荷扩压叶栅内部复杂流动的控制效果明显优于单一流动控制技术,通过应用更少的附面层抽吸量,有效地抑制了角区失速的促发,缓解了二维叶型分离流动,叶栅出口参数沿展向分布更为均匀,当端壁附面层抽吸总量为进口流量的0.90%时,总压损失降低了59%。     

串列叶栅和叶片弯曲对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用

为了提高压气机叶栅的气动性能,本文针对高负荷串列叶栅进行数值模拟,研究了叶片正弯和串列叶栅对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用.结果表明,在串列叶栅前叶排存在比较严重的角区失速,叶片正弯能有效控制高负荷串列叶栅中的角区失速,在最优工况叶栅总损失降低了37.6％.串列叶栅中只有"前排叶片弯曲"的方案能取得与"两排叶片都弯曲"...     

离心压气机机匣处理与导叶轮缘放气的扩稳机理分析及比较

采用数值模拟方法对导叶轮缘放气、进气回流及周向槽机匣处理扩大离心压气机稳定工作范围进行研究,并与实壁机匣离心压气机特性进行对比,分析三种处理方式扩大压气机稳定工作范围的机理。结果表明,导叶顶部吸力面分离流动和间隙泄漏流相互作用导致压气机失速。导叶轮缘放气将吸力面分离流动产生的低能流团吸除,减弱了顶部通道堵塞。进气回流给顶部进气添加负预旋,减小了顶部来流攻角,能抑制吸力面流动分离。周向槽机匣处理减弱了顶部间隙泄漏向叶轮进口的回流。三种处理方式都能减弱顶部通道堵塞、推迟压气机失速发生,而进气回流和导叶轮缘放气具有较大的扩稳能力。     

轴流压气机进气旋流畸变实验与仿真研究

为深入分析旋流畸变问题,发现叶片式旋流畸变发生器产生旋流流场的机理和旋流畸变对压气机稳定性的影响机制,本文开展了旋流畸变发生器与压气机的耦合数值仿真。分析计算结果,认为叶尖脱落涡的叠加效应是产生旋流的主要机理,旋流结构对转子叶尖区域的扰流作用是造成转子提前失速的重要原因。建立了S弯进气道仿真模型,通过对S弯进气道与高亚声速压气机进行耦合仿真计算,研究了S弯进气道出口旋流流场的形成机制,初步探讨了S弯进气道出口旋流流场对压气机稳定性的影响。S弯进气道出口形成的对涡结构靠近压气机机匣,这种局部的涡结构会影响部分转子叶片叶顶区域的流动结构,从而导致压气机失速边界右移。     

叶尖小翼调控压气机叶栅间隙流场结构的试验研究*

在低速条件下,对叶尖不同位置安装小翼的压气机叶栅流场进行试验研究。通过端壁静压孔对上端壁流场进行测量,叶栅出口流场利用五孔气动探针测量,细致分析不同安装方式叶尖小翼对压气机叶栅叶尖端区流场结构、气动损失和通流能力的影响。结果表明,不同安装方式的叶尖小翼对压气机叶栅间隙流场影响不同。与无叶尖小翼的常规叶栅相比,吸力面小翼使得叶栅损失降低的同时带来了流动堵塞的降低,压力面小翼使得叶栅损失和流动堵塞同时增加,组合小翼在降低叶栅损失的同时有效降低了叶栅的流动堵塞,改善了叶栅的通流能力。通过与常规叶栅叶尖区域流场结构的详细对比分析,对不同安装方式的叶尖小翼的影响机理做出解释。     

燃气轮机旋转失速机理及防范对策

燃气轮机在工业领域发挥着重要的作用。随压气机向着高平均级压比、高效率和高喘振裕度方向的发展,简单叶片失速及旋转失速成为压气机不得不考虑的问题,其中,旋转失速不仅影响机器的稳定工作范围和运行可靠性,还可导致灾难性事故。因此,本文对燃气轮机常见失速机理及防范对策进行了分析,可为燃气轮机及压气机的进一步改进提供技术支持。     

静叶摆动辅助轴流压气机退出旋转失速过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,对轴流压气机进入旋转失速、退出旋转失速过程以及加入叶片摆动耦合使压气机退出旋转失速的过程进行了三维数值模拟.对比了加入与未加入叶片摆动对压气机退出旋转失速状态过程中的流量影响.数值计算表明,在加入合适的叶片摆动耦合后,可以使得压气机退出旋转失速状态的流量减小1.6％,压比上升1.7％.结合两种退出方...     

大转角超低展弦比扩压叶栅流场数值模拟及分析

大转角、超低展弦比叶栅在工程中,多应用于离心压气机轴流扩压器部分,该叶栅上下端壁附面层影响严重,通常存在流动分离现象。通过NUMECA软件对7种叶型叶栅的流场进行数值模拟,分析了各个叶型叶栅在相同进口条件下的不同性能参数,归纳了其原因,找到了性能最好的叶型,得出的结论是叶根到叶尖全部前加载叶型性能最好。     

静叶安装角对压气机稳定性影响的数值研究

为提升某多级高速轴流压气机非设计转速下的稳定裕度,采用基于时间推进技术的通流彻体力模型结合优化算法,模拟该压气机的特性,优化静叶安装角.运用该通流模型研究了静叶调节机构的机械误差对该压气机特性及稳定边界的影响.结果 表明:90％转速下用下山单纯形法和遗传算法得出的优化结果近失速点流量分别减小了2.6％和4.0％;稳定裕...     

进口总压畸变对压气机性能及流场影响的机理研究

采用全三维非定常数值方法研究进口周向总压畸变对轴流压气机转子性能及内部流场的影响,数值结果表明进口周向总压畸变后不仅降低压气机的稳定裕度,也使压气机等熵效率减少。通过详细地分析压气机内部流场,揭示了进口周向总压畸变对该压气机转子性能及流场影响的机理,即进口周向总压畸变后,明显降低50%～100%叶展内的气流进气角。同时增强产生叶尖泄漏运动的驱动力,提前使叶顶间隙泄漏涡涡核破碎,造成高的堵塞,最终触发压气机失速。     

某三级轴流式低速压气机零级气动优化设计

基于相似理论为某一三级轴流式低速压气机增加一个高效零级使压气机流量增加了12.5%,同时达到增加压比的目的.由于流动缺陷集中在静叶上,利用三维粘性计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术对静叶进行重新改型设计:采用可控扩散叶型(Controlled diffusion airfoil,CDA)控制叶片表面速度分布,控制了叶片表面附面层厚度,尾缘逆压梯度减小,很大程度减小了叶栅后半部分的三维分离;为进一步缓解端壁处的低能流体堆积,采用端弯技术,在改善端区流动的同时也很好的改善与原机的匹配,提高零级性能,最终提高新型压气机的效率,达到设计要求.同时分析加零级前后压气机特性曲线,证实喘振裕度得到了保证,分析进出口气流角表明加级后原机部分仍然保持原来的相似运行条件.     

压气机动叶抽吸气的数值模拟探索

为了研究吸附式压气机,改善压气机性能,开展了在压气机动叶上采取主动流动控制措施对压气机性能影响的研究.采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法,通过大量计算选择合适的吸气位置和吸气量,在动叶吸力面上开吸气孔进行附面层吸除,可以在一定程度上改善流动状况,从而对转子的效率、压比以及喘振裕度产生有利的影响.通过对NASA Rotor37实例计算表明,吸气后附面层分离状况得到明显改善,采用较小的吸气孔面积和吸气量就能对转子的效率、压比和喘振裕度产生正效应.不同的吸气位置,存在对应的最佳的吸气量.计算表明,转子最佳吸气位置在附面层的过渡区(包括附面层厚度的极大值位置).     

基于动态分析的风力机叶片碳管失效机理研究

风力发电机的碳管是叶尖扰流器和叶片主体的连接轴,现场维护工作中发现风力机气动刹车的碳素纤维管失效事故日益增加。从理论上调查碳管折断的影响因素,并通过GH Bladed对一台800kW的发生过失效事故的机型进行验算,验算结果证明,动态失速和叶尖扰流器的转动速度是主要的影响因素。