一维多级轴流压气机性能的解析优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究，导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定轴向分速时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。     

多级轴流超临界二氧化碳压气机气动性能研究

二氧化碳作为动力循环工质可获得更高的循环效率和部件紧凑性,应用前景广阔。基于给定参数设计了1台4级轴流式超临界二氧化碳(SCO_2)压气机,通过划分六面体网格,采用有限体积法及SSTk-ω湍流模型对其气动性能进行了详细分析,并对叶顶间隙的影响规律进行了研究。研究表明,由于流动加速和引射作用,叶顶间隙泄漏流造成了叶尖吸力侧流体温度和压力的下降,因此该区域可能会发生冷凝现象,并且叶顶间隙的增大进一步降低了该区域的参数,将会导致级效率和压比的降低。研究成果可为SCO_2压气机设计提供参考。     

多级轴流压气机变工况性能数值模拟

采用商业软件NUMECA对某型轴流压气机进行了数值计算,采用Spalart-Allamaras湍流模型,运用了多重网格技术以及残差光顺方法缩短计算周期。在额定工况计算的基础上进行了变工况的数值模拟,计算结果与试验曲线进行了对比分析,试验曲线与软件计算的曲线在趋势上是相符的。相同压比下,软件计算的流量偏大,在靠近额定工况点附近,流量偏差3%以内,在远离额定工况点流量偏差5%左右;对于喘振边界点的预测,运用NUMECA进一步提高出口静压可以逼近发散点,此时可以近似认为失速点,再结合NREC计算出的失速点,可以得到相应的喘振边界点。     

多级轴流压气机一维性能预测程序开发及应用

为了实现对轴流压气机气动性能的准确预测,基于平均流线法建立了多级轴流压气机一维气动性能预测方法,编制了相应的Matlab程序,该方法允许针对不同类型压气机选择适用的经验模型。通过计算得到了某四级亚音速轴流压气机和某八级高速轴流压气机的气动性能,对比分析发现,一维性能预测结果与实验/三维CFD模拟结果吻合较好,效率与压比计算偏差均保持在较小范围内,预测结果精度较高。为进一步提高压气机气动性能预测的准确性,发展了一种经验模型自动校准方法,采用该方法对选取的四级亚音速轴流压气机和八级高速轴流压气机模型进行校准,校准后对各转速下气动性能的预测精度均有所提高。研究工作表明,所建立的多级轴流压气机一维气动性能预测方法以及模型自动校准方法具有一定的准确性和可靠性。     

多级轴流压气机气动设计体系的国内外研究进展

轴流压气机设计体系对压气机的设计周期和性能有着重要影响。为了能够更好地了解轴流压气机设计体系的发展情况,本文对其进行了整理综述。首先,结合轴流压气机涉及到的设计方法,对国内外轴流压气机设计的发展过程进行了介绍,主要包括一维二维设计体系、准三维设计体系和全三维流场计算模拟技术;然后,在整理完整设计体系要求的基础上,简述了国内外现有比较完整的轴流压气机设计体系。就目前发展来看,随着工程要求的不断提高以及计算机技术的提升,全三维流场计算模拟技术势必会成为今后的发展焦点,各公司和研究机构也在此基础上对原有的设计体系开展技术攻关。     

单级轴流氦气压气机空气模拟气动性能数值分析

HTGR-10模块式高温气冷堆作为第四代反应堆型具有系统简单、安全可靠和经济性能优越等特点。而氦气循环透平发电机组的氦气压缩机性能,将成为发电是否高效的决定因素之一。本文利用Numeca数值模拟软件对一亚音速轴流氦气压气机试验机进行了气动性能及准数关系研究,分析了气流在叶栅中的流动机理,探讨了等雷诺数下相似准数对压气机叶片性能的影响。结果表明:采用空气工质模拟氦气压缩,在马赫数小于0.4工况下对压气机的通流流动影响很小,基本可以忽略;采用大于0.5的反动度,增加正预旋可以使效率维持较高的水平;在马赫数较小的情况下,绝热指数k不会对相似模拟产生大的影响。     

多级轴流压气机全工况性能计算

运用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca对某重型燃气轮机多级轴流压气机的前5排叶列进行了全工况下的数值联算．重点分析了设计转速下可调导叶角度的变化．以及可调导叶处于设计角度时转速的变化对压气机特性的影响。计算中采用Jameson的中心差分格式使用全局时间推进方法求解N—S方程和Spalart-Allmaras一方程湍流模型。结果表明，这套方法能比较准确地反映压气机在各种工况下的性能，同样适用于后续阶段的整机联算。．     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

多级轴流压气机数值模拟与改进设计

对某多级轴流压气机进口导叶加前两级进行了数值分析,针对其叶列间匹配不合理的情况,进行了导叶的扭曲改进设计。计算结果表明,这种改进方法能明显提高机组效率。     

不同转速下某跨音速轴流压气机的性能分析

为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。     

多级轴流压气机轮缘端壁放气数值模拟

采用数值模拟的方法,以一台9级低压压气机为研究对象,研究了轮缘端壁放气对压气机低工况下的总体性能和内部流场的影响。设计了在第6级转子近前缘处放气和近尾缘处放气两种方案,并对流场进行了详细的数值计算。结果表明,近前缘处放气使压气机综合稳定裕度改进了1.33%,近尾缘处放气使综合稳定裕度改进了0.89%,放气还提高了压气机的防"堵塞"能力;放气使压气机前、后各级的进口气流角都朝着有利于压气机稳定工作的方向变化;放气缩小了间隙泄漏涡的作用区域,移除了部分泄漏流和附面层流体,从而提高了顶部通道的流通能力,降低了流动损失。     

不同湍流模型对跨音速轴流压气机数值模拟适应性研究

为研究不同湍流模型对跨音速轴流压气机内部流场和整体性能的影响,采用了5种湍流模型对额定转速下的NASA Rotor67转子进行三维流场数值模拟,分析不同湍流模型计算所得相对流量与压比、效率之间的关系,以及内部流场马赫数分布情况。与实验结果对比发现,5种湍流模型计算出的整体性能和内部流场马赫数分布中,κ-ω模型相比标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型和SSG雷诺应力模型预测精度更高。     

多级轴流压气机级间引气的数值模拟研究

以某多级轴流压气机的中间级为研究对象,研究了外机匣端壁处级间引气对压气机总体性能及局部流场的影响.根据要求的最大引气量,设计了矩形、圆形及异形三种不同的引气槽结构,并对流场进行了详细的数值计算.结果表明,本文所设计的矩形和圆形引气槽对压气机总体性能及主流流场的影响基本相同,其中,矩形槽造成的引气损失小于圆形槽;异形引气...     

大流量多级轴流压气机性能及流场分析

以某型17级大流量轴流压气机为研究对象,运用全三维黏性数值模拟的方法对设计点处性能和流场参数进行了研究.通过该压气机加功量、绝热效率、压比、反力度在各级的分布情况,分析了大流量多级轴流压气机的设计特点.在性能参数的分析中,发现第7级存在加功量、绝热效率、总压比偏低,反力度偏高的问题,通过三维流场分析,提出了改进建议.     

变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型

基于压气机级的综合特性曲线,采用逐级叠加法开发了静叶可调的变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型。在计算中将低转速下不同的级特性曲线分别应用于压气机各级,建立每一级的性能计算模块;在合理假设的基础上,根据动叶速度三角形推导出压气机入口可调静叶(IGV)角度变化对压气机性能的影响;引入气体动力学函数和变比热计算公式,简化了计算,提高了模型精度。算例表明,本模型具有一定的适用性,基本上反映出压气机的全工况特性,较准确地体现了IGV调节对整台压气机性能的影响,为开发现代大型燃气轮机动态仿真模型提供较可靠的压气机性能计算数据。     

多级轴流压气机喘振特性分析

基于求解三维雷诺平均N-S方程,采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术,结合Spalart-Allamaras一方程湍流模型,对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算,分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明:在近喘振点时气流流量减小,在叶片吸力面尾缘处容易出现分离,而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好,可为压气机的设计和优化提供参考。     

多级轴流压气机失速特性分析

为了对某九级低压压气机的低工况性能进行改进和优化,分析压气机在低工况下的特性是必要的。采用三维黏性数值模拟方法对非设计工况进行了计算,根据压气机在近失速状态下的级特性,详细分析了第一级、第二级和末级的流场特性。结果表明:第一级转子扩压负荷过大,顶部发生了突尖波失速,是造成压气机不稳定运行的主要原因,且使下游的进气条件变差,导致第二级叶片顶部发生流动分离;末级静子扩压负荷较大,静子通道涡造成的漩涡耗散损失使末级的绝热效率低下。     

叶顶间隙对跨音速离心压气机气动性能影响分析

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。     

多级轴流压气机吸雨性能变化的数值研究

为了研究吸雨对轴流压气机性能和稳定性的影响,以某型三级轴流压气机为研究对象,利用CFD软件针对不同吸雨量及雨滴颗粒直径进行了两相流数值模拟。研究结果发现：雨水的吸入会不同程度地降低压气机的总压比、总温比及效率等性能参数,在相同吸雨量的情况下雨滴颗粒的直径变化对压气机性能影响较小,而性能的恶化程度会随着吸雨量的增大而大幅度增大;雨水的吸入会影响压气机的气动参数,影响各级间的性能匹配,雨水的吸入会不同程度上改变各级的进口气流角,对后两级的影响较大;雨水吸入使动叶叶根处的反动度变小,叶顶处的反动度变大,从而改变各级间动静叶的负荷分配,降低压气机的效率。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.