静叶端弯对某两级轴流压气机气动性能的影响

利用数值模拟的方法,研究了静叶采用前缘增弯对某多级重型燃气轮机压气机中间两级气动性能的影响。计算结果表明,在近失速点处,原型静叶角区存在较大尺度的闭式分离泡。应用端弯叶片技术后,端壁回流区消除,角区分离尺寸减小,在保证设计点处气动性能不变的前提下,两级压气机的喘振裕度增加了12.85%,峰值效率提高了约0.67%。     

增压级末级流路和末级静叶安装角优化设计

为了改善增压级流场特性、提升包括增压级在内的低压压气机部件的性能水平,本文开展了增压级末级流路和末级静叶安装角的优化设计。通过优化增压级末级动叶和静叶的进口马赫数,验证了末级流路大曲率变化特征对于叶片根部流场的影响;通过优化末级静叶的安装角,降低了内涵支板对上游流场的堵塞效应;在此基础上,实现了低压压气机部件性能水平的提升。三维数值求解结果表明,低压压气机部件设计工况的效率提升了0.30个百分点;末级静叶进口静压的最大值下降了约2 000 Pa,进口静压的周向不均匀性明显降低。本文的研究成果在大涵道比航空发动机压缩部件的气动设计中具有重要的工程应用价值。     

小轴向间隙下直_弯静叶Clocking效应的实验研究

实验研究了采用直、弯静叶的某低速重复级压气机的Clocking效应在小轴向间隙下的变化情况,探讨了Clocking效应在小轴向间隙下影响压气机内部流动状况的机理.结果表明,当动、静叶间轴向间隙减小到原型间隙的67%时,压气机整体效率较原型有所提高,且采用正弯静叶时压气机效率提高的幅度要大于采用直静叶时.综合不同叶型和Clocking 效应带来的效率收益,在设计工况下最多提高1.8%～1.9%,最大流量工况下则可达到2.8%.设计工况下最高效率点发生在一级静叶尾迹与二级静叶尾迹相重合时,最低效率则对应于一级静叶尾迹位于二级静叶流道中央时.     

多级轴流压气机模化设计中尺寸缩放对气动性能影响的数值研究

为了研究几何尺寸模化缩放及叶尖间隙对多级轴流压气机气动性能及内部流动的影响,采用Numeca程序对17级轴流压气机开展了数值计算。结果表明：在80%及100%等高转速条件下压气机效率随着模化比例增大而增大,而在50%转速下模化缩放对压气机效率的影响较小。相对于原型压气机,模化放大时,压气机前8级单级压比均有所降低,而后8级压比均提高;模化缩小时,压气机的变化规律则相反。随着压气机几何尺寸的增大,静叶叶根和叶尖区域的总压恢复系数显著提高。同时,叶片叶尖泄漏流区域的熵增减少,从而使各级效率均有所提升。缩放模化中,随着叶尖间隙的增大,泄漏流增多,恶化了动叶叶尖附近的流动分离,降低了动叶后50%弦长区域的相对马赫数,同时扩大了静叶上端壁的流动分离,使压气机效率降低。     

某轴流式压气机气动不稳定的相关积分分析

研究了某轴流式压气机节流试验中的气动不稳定问题。运用非线性的相关积分方法对压气机机匣壁面沿程静压信号进行了分析。结果表明,压气机静叶通道机匣壁面给定点静压信号的相关积分值随着发动机工作状态的不同有规律的发生变化,反映了对应位置的流动分离状况;压气机沿程各级静叶通道机匣壁面静压的相关积分值可以反映不同工况时压气机各级叶尖的流动匹配情况;压气机第一级静子机匣壁面静压信号的相关积分值可以反映中低转速工况下放气带开关状态对转子端壁流态的影响。研究还表明,压气机静子机匣壁面沿程静压信号的相关积分分析是进行压气机气动稳定性监控诊断的一种有效手段。     

轮毂泄漏流对跨声速压气机转子性能影响的数值研究

为揭示转子前缘轮毂间隙泄漏流对高负荷压气机气动性能影响的物理机制，采用轮毂间隙边界条件模化处理方法，开展了轮毂泄漏流对跨声速压气机转子性能影响的三维定常数值模拟，分析了不同轮毂泄漏流量下压气机轮毂壁面流场结构与流态变化特征。研究结果表明：轮毂泄漏流会恶化压气机流通能力，影响程度随着泄漏量增加而逐渐增大。在近峰值效率工况下，当泄漏流量达到0.50%时，压气机流量约减小0.74%。当轮毂泄漏流达到一定强度后，反而呈现出部分正面效果，使得压气机压比或效率得到一定程度改善。轮毂泄漏流通过影响轮毂壁面流场结构空间分布来对压气机气动性能施加影响，尤其是鞍点的位置决定着轮毂间隙下游回流区和顺流区的影响范围以及轮毂壁面横向潜流强度。     

某压气机进口级流动损失及静叶流场分析

采用三维雷诺平均N-S方程求解方法,对某燃气轮机压气机进口级流动进行模拟,研究了峰值效率点及近失速点的性能及流动特性,探索叶片通道中引起高损失的原因,分析了静叶通道内复杂的流动结构及吸力面角区分离的产生机制。结果表明:当该压气机级向近失速工况推进时,静叶中的能量损失较导叶、动叶增长更快;静叶下端壁大范围低速流体是损失的主要来源;通道涡及泄漏涡是静叶通道内主要二次流,其共同作用造成大面积总压损失;近失速工况下沿流向和展向的逆压梯度增大且二次流增强,导致静叶吸力面下端壁角区分离现象的出现。     

自循环机匣处理对某型柴油机增压器压气机的稳定工况范围及性能影响研究

针对某型柴油机增压器压气机,基于整级全通道数值模拟和正交试验设计方法,研究了自循环机匣处理实现高亚声速压气机扩稳增效的潜力。结果表明：自循环机匣能够在提高设计点气动性能的前提下推迟失稳,但会牺牲堵塞流量。压气机的失稳和堵塞流量分别与叶片前缘及叶片扩压器中的堵塞程度相关。小流量侧自循环机匣通过抽吸叶轮叶顶附近低能流体,缓解堵塞,推迟失稳。但在大流量侧自循环机匣的喷射效应会增大扩压器进口攻角,加剧扩压器叶片流动分离,减小堵塞流量。抽吸效应与喷射效应强度均取决于抽吸槽的位置和宽度,压气机稳定性和堵塞流量与抽吸槽参数的变化基本呈负相关。自循环机匣对气动性能的影响包含两方面：在抽吸槽前,经回流槽流出的流体与主流的掺混及其产生的进口畸变将带来额外的效率和压比损失,适当减小回流槽角度可以降低该损失;在抽吸槽下游,得益于抽吸效应对叶顶流动状态的改善,压气机抽吸槽附近及下游高熵区减小,做功能力增强,气动损失大幅降低。在上述两方面共同影响下,压气机设计点气动性能最终得以提高。     

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.     

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。     

Effects of probe support on the stall characteristics of a low-speed axial compressor

In order to investigate the effects of probe support on the stall characteristics of micro compressors, an experiment was carried out on a large-scale low-speed research compressor according to the principle of geometric similarity. A cylindrical probe support intruding to 50% blade span was mounted at 50% chord upstream from the rotor blade leading edge. The static pressure rise characteristic of the compressor is measured, with and without the probe support respectively. The dynamic compressor behavior from pre-stall to full stall was also measured. The results indicate that the stability margin of the compressor is lowered after installing the probe support. The stall inception is aroused by modal wave disturbances. The disturbances developed into two stall cells smoothly before installing the probe support, while the disturbances first developed into a single stall cell then splitting into two stall cells after installing the probe support. The presence of probe support lowers the initial intensity of the rotating stall of the compressor, while it doesn't alter the intensity of the rotation stall after the compressor enters into full stall.     

平面叶栅中两类叶型探针影响特性的对比研究

采用平面叶栅吹风试验方法,针对压气机叶栅中两类叶型探针（A类、B类）的影响特性进行对比研究,在整理分析原型叶栅变工况流动特性的基础上,从叶片表面等熵马赫数、总体性能参数与栅后尾迹等三个层面详细考察了两类叶型探针的影响程度及变化规律。研究结果表明：对于叶栅通道内没有激波的亚音流场环境,A类探针的综合影响程度略小于B类探针,而对于叶栅通道内会形成强激波的跨音流场环境,A类探针的综合影响程度要大于B类探针;A类探针对叶栅出口尾迹分布的扰动作用大于B类探针,预示在压气机多叶排环境下B类探针的工程适用性更好。     

出口测量探针布局对轴流压气机气动性能试验的影响研究

为了研究出口测量探针布局(探针数量及所处轴向位置)对压气机气动性能试验的影响,针对含测量探针的三级轴流压气机开展全周非定常数值计算。结果表明：出口测量探针将改变上游的流场结构,在末级叶片进出口截面对应探针的周向位置处形成局部高总压区和气流角偏移区,该区域覆盖有3～4个叶栅通道;随着探针与末级叶片轴向距离增加,高总压区的强度减弱,但作用范围增加;增加出口探针数量并未明显改善压气机试验性能评估精度,与无探针条件下的压气机性能相比,压比偏高0.6%,效率绝对值偏高1.8%;为减少试验中基于探针测点得到的压气机性能试验误差,不仅需考虑探针对测量截面流场的影响,更应根据测量截面流场不均匀性合理布局探针。     

Effects of probe support on the flow field of a low-speed axial compressor

This paper presents an investigation on the effect of probe support on the flow field of an axial compressor.The experiment is carried out in a large-scale low-speed research compressor.A cylindrical probe support intruding to 50% blade span was installed at 50% chord upstream from the rotor leading edge.The region from 5° to 32° off the probe support in the direction of rotation at the rotor outlet was measured with a 5-hole probe and a high-response total pressure probe.The experiment is performed at both near-design and near-stall points.The measuring results of 5-hole probe and high-response total pressure probe indicate that the probe blockage effect is different at different blade spans.The wake of the probe support weakens the leakage vortex intensity at the tip region,leading to greater total pressure rise.At near-design condition,the presence of probe support has a negative effect on the region from 75% to 92% span,while improves the flow field below 75% span.At near stall condition,the probe support has a negative effect on the region from 70% to 90% span,and almost has no influence on the flow field below 70% span.     

离心压气机特性曲线形成机理分析

性能曲线是评价压气机性能的重要指标,对其变化趋势及形成机理的研究具有重要意义。本文对一广泛使用的离心压气机进行全三维CFD模拟,对压气机特性曲线,特别是最高效率点之后的压比特性曲线的若干特点进行分析研究,并总结出形成这些现象的流动机理,为研究者进一步理解压气机的流动特点,从而为指导设计出更高性能的压气机奠定了基础。     

Effects of suction side squealer tip on the performance of a low-speed axial compressor

This paper presents the investigation of the effects of suction side squealer tip on the performance of an axial compressor.The experiment is carried out in a single-stage large-scale low-speed compressor.The investigated tip geometries include flat tip as the baseline and suction side squealer tip.The tip clearance of the baseline is 0.5% of the blade span.The static pressure rise characteristic curves of both the rotor and the stage are measured.The flow field at the exit of the rotor is measured by a 5-hole probe under design and off-design conditions.The static pressure on the endwall of the rotor passage is also obtained.The results show that the pressure rise characteristic curves obtained by measuring the pressure on the end wall are almost unchanged by using the suction side squealer tip.The measuring results of the 5-hole probe show the static pressure and the total pressure in tip region is slightly greater than that of the flat tip at the design condition at the exit of the rotor.It also leads to greater av-eraged static pressure rise and total pressure.At the near stall condition,the averaged static pressure and total pressure is lower than the baseline which is related to the redistribution of the blade load caused by the suction side squealer tip.     

基于经验方程的船用三轴燃气轮机压气机特性计算

针对在压气机特性拟合计算中存在的部件特性不完整问题,提出一种基于经验方程的船用三轴燃气轮机压气机特性计算方法。通过经验方程的引入,求解出所缺少的高压压气机特性方程,继而建立了完整的压气机特性计算模型。分析表明该模型具有较高的精确度,能够满足船用三轴燃气轮机压气机变工况特性计算的需要。     

某款涡轮增压器的包容性试验研究

基于实例介绍了涡轮增压器压气机端包容性试验的试验准备、试验过程和试验结果。并针对某一失效的试验模式采取相应的改进措施,最终得到合格的试验结果。试验结果表明:增大压气机端连接螺钉的法兰面积和厚度有助于提高压气机端的包容性。     

某压气机内部三维流场数值模拟研究

以某重型燃气轮机的整个压气机为研究对象,通过计算软件对该压气机内部三维流场进行设计工况下的数值模拟研究,获得的压气机特性计算结果与试验值吻合良好;并详细分析了该压气机内部流场结构,找出了该燃气轮机最大噪声位置及其形成原因,同时获得了两种压气机内部流场的控制方法,对于压气机设计具有指导意义.     

双离心压气机共用单一进气歧管致进口流场畸变的仿真分析

针对V型发动机的共用单一管路对置离心压气机进口流场畸变特性进行了研究,通过台架试验测试了初始压气机性能,完成了仿真模型的标定。在此基础上分析了压气机进口流场的变化特征,分析结果表明:共用单一管路对压气机特性影响明显,造成了两侧压气机堵塞流量的降低,在大流量工况区域效率明显下降,右侧压气机恶化程度要明显高于左侧。原因在于受安装位置空间限制,喉口处畸变扩展与进口周向畸变叠加效应使得右侧压气机在周向和叶高方向的畸变程度均高于左侧压气机。进口的畸变效应会一直持续至压气机叶轮内部,使压气机性能变差。