可控扩散叶型振荡叶栅边界层转捩特性分析

为研究某重型燃气轮机的压气机叶栅在振荡条件下的非定常响应特性,采用基于γ-Reθ转捩模型的雷诺时均方程对可控扩散叶型组成的振荡叶栅进行了数值计算,研究了折合频率、来流攻角和前缘造型对叶片气动性能及表面边界层发展的影响。结果表明：叶片吸力面发生分离前存在较大的压力波动,边界层转捩后叶片表面压力波动减小;叶片振动对可控扩散叶型的分离转捩特性影响较大,随着叶片振动折合频率的增大,叶片吸力面边界层分离转捩位置向叶片前缘移动;通过优化前缘曲率造型能抑制边界层转捩位置的前移,同时改善振动状态下的前缘压力波动特征。     

来流边界层对跨声速压气机转子流场影响的研究

为了研究来流边界层对跨声速压气机转子气动性能及流场的影响,针对Rotor37进行了不同来流边界层进口条件下的跨声速压气机流场数值模拟。结果表明:来流边界层引起其内部的激波结构变化,进而影响60%叶高以上流场,造成该展向范围内的流量分布发生再分配;在来流边界层具有相同的厚度时,总压亏损越大,以60%～90%叶高激波损失为主体的附加损失越高;来流边界层弱化了叶尖泄漏涡系的强度,通过同时改变叶尖负荷和叶尖泄漏流来源流体能量影响泄漏强度,进而影响泄漏涡系的形成和发展。     

跨声速轴流压气机失速特性研究

为研究跨声速轴流压气机失速特性,采用节流阀门模型使跨声速轴流压气机Rotor35进入数值失速,得到了失速过程中的内部流场,捕捉到了失速团从产生到发展壮大的过程,发现失速起始于叶片顶部,逐渐向轴向、径向和周向发展,失速团绕着旋转轴以低于转子转速同方向旋转。通过对比不同时刻的流场特征,压气机进入失速时在转子的叶顶区域流场同时发生了"前缘溢流"和"尾缘回流"的现象。叶顶间隙泄漏流与叶片吸力面分离流形成的流道分离涡的不断发展扩大,最终使压气机完全失速。     

跨声速串列转子叶型流动特性分析

串列叶片技术可以突破常规压气机叶片的负荷极限,因此成为下一代高负荷压气机设计技术的研究热点。为了拓展串列叶片的使用范围,采用数值模拟的方法对跨声速串列转子叶型（来流马赫数1.2）流动特性及前排叶片尾迹发展演化规律展开研究。得出结论：全工况范围内,前排叶片总压损失占比超过50%,前排叶片激波系结构的优化设计是影响串列叶型性能的关键因素;随着出口背压提高,前排叶片尾迹厚度先增加后减小,导致尾迹厚度不同的根本原因是流出前排叶片通道时尾迹的初始速度亏损不同,后排叶片通道的扩压对初始速度亏损有进一步的放大作用。     

基于LES的压气机叶栅通道非定常流动结构研究

为了进一步理解压气机叶栅通道内的非定常流动结构,采用大涡模拟(LES)方法研究了来流附面层厚度和稠度变化对叶栅通道内涡系结构及总压损失系数的影响。研究表明：来流附面层增厚将导致端壁处流体的轴向动能降低,使得马蹄涡压力面分支更早地流向相邻叶片吸力面;来流附面层越厚,通道涡在叶栅尾缘沿展向抬升的高度越高,角区分离的范围也越大;叶栅的总压损失随附面层增厚而增加,附面层损失增加显著,二次流损失有所增大;稠度较低时叶栅吸力面表面存在分离,会对通道涡及角区分离产生影响;稠度增大,横向压力梯度减小,叶栅流道的速度分布更均匀,通道涡的强度和尺度减小,角区分离的范围减小;稠度增大使叶表不再分离时,总压损失显著降低,但稠度继续增大会使气流与叶片表面的摩擦损失增加。     

超音速叶型关键几何参数敏感性分析

为了分析超音速叶型关键几何参数的敏感性,以NASA Rotor67跨音速压气机转子为研究对象,采用准二维的数值方法,研究弯度、最大厚度位置等叶型关键几何参数的变化对跨音速压气机转子顶部叶栅激波结构及流场性能的影响。结果表明,与最大厚度位置相比,叶型弯度的影响更为显著;以安装角表征叶型弯度,在63°~65°范围内存在最优值使总压比达到最大。     

叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律,以NASA的Rotor67转子为研究对象,采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征,进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片,有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力,进而抑制了尾缘附近的分离现象,使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束,重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布,并减小了尖区的入口轴向速度,直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱,并诱发相对更强的间隙泄漏流,从而使得跨音转子提前发生失速,压气机工作裕度降低了19%以上。     

展弦比对船用燃气轮机低压压气机跨音级性能影响研究

为了揭示展弦比对压气机跨声速级气动性能的影响机理,进一步提高舰船燃气轮机低压压气机的气动性能,采用数值模拟方法研究了展弦比对某船用燃气轮机低压压气机跨声速级气动性能的影响.结果表明:展弦比对压气机性能的影响受到扭曲规律和反动度等参数选择的影响,对于不同的扭曲方式和反动度分别存在着效率最优展弦比和喘振裕度最优展弦比,且在...     

压气机微小损伤叶型流动特性及边界层发展机制研究

压气机在运行过程易受到砂石等外来物冲击,致使叶片产生轻微损伤,进而导致气动性能下降。本文以某轴流压气机进口级静子中基元级为研究对象,利用数值模拟方法分析了“凹坑”型损伤尺寸、位置对压气机叶片基元级性能的影响规律,揭示了叶型损伤对边界层流动演化的影响机制。研究表明：随损伤位置向前缘靠近,叶型性能恶化程度呈非线性增大;损伤特征尺寸可以影响边界层转捩的形式,进而影响叶型损失;型面损伤增强了边界层流体与主流区的掺混程度,使损伤区域附近边界层流体动能增强,进而影响分离泡转捩位置,在特定条件下可以减小叶型损失。     

跨音轴流压气机气动设计与数值优化

介绍了带有进口导流叶片的三级跨音轴流压气机的气动设计与数值优化过程,气动设计采用准三维体系,包括一维平均流线设计、S2流面通流设计和任意中弧线叶片造型设计,并利用商用软件Numeca进行压气机流场分析.采用遗传算法结合人工神经网络的全局优化方法对第一级跨音动叶在多级环境下进行三维数值优化.结果表明:与优化前相比,优化后跨音级动叶叶尖的激波-边界层干涉损失明显降低,第一级动叶与三级压气机整机近设计点的绝热效率分别提高了0.87%和0.37%,压气机整机的质量流量、总压比、绝热效率和失速裕度均能够满足设计目标.