跨音速轴流压气机转子非轴对称端壁成型的数值研究

利用商用软件NUMECA对跨音速轴流压气机转子Rotor67进行了数值模拟,对流场进行分析后发现端壁区二次流损失为该转子损失的主要来源。利用三角函数造型法对Rotor67转子端壁进行了非轴对称造型,并对造型后的转子内部流场进行了数值模拟,对模拟后的流场结果分析表明:采用非轴对称端壁可有效减小通道涡强度与范围,从而降低了叶栅二次流损失,使得压气机效率提高。     

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。     

轴流压气机转子端壁造型多目标优化的数值研究

针对NASA跨音速转子67,建立了可靠的数值计算模型,对3种不同的目标函数开展了非轴对称端壁造型的优化工作。3种优化方案均使得转子性能得到了不同程度改善,效率提升最大为0.41%。优化结果表明,由于相同流量的约束,转子通道中流量分布沿径向发生了改变,对于近轮毂的端壁区域来说,造型后静压梯度的方向对流场具有重要影响。不同造型结果中叶片尾缘三维角区分离的位置与范围也有所不同,当三维角区分离后移且沿径向发生迁移时,会使得效率得到的增益明显降低。     

基于CDA的多级轴流压气机优化设计研究

轴流压气机是大型燃气轮机的重要部件。然而由于端壁附面层的影响,多级轴压气机的后面几级静叶上端壁会出现流动分离现象,造成上端壁区域的流动阻塞,使得压气机的通流能力降低,从而流动损失增加。文中针对一多级轴流压气机的末两级,采用CDA对动静叶进行优化设计分析。数值研究表明,经优化设计后,能够有效改善端区的流动情况,提高压气机的通流能力,提高压气机的效率及增压比。这对轴流压气机的优化设计具有一定的借鉴意义。     

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。     

弯曲叶片对跨音速轴流压气机性能影响的数值研究

采用具有不同控制参数的积叠线对Rotor37转子叶片进行周向弯曲造型设计,获得叶片的最佳弯高和弯角。采用数值计算方法研究了叶片弯曲对压气机性能及其内部流动结构的影响,结果表明:弯曲叶片具有良好的变工况性能,新设计的叶片能有效提高压气机的绝热效率和总压比。叶片周向弯曲引起端部低能流体向主流区的迁移,使得端壁和主流区流动状态发生改变,在端壁区流动损失下降,而在主流区流动损失有所增加,同时沿叶高方向上流体的质量流量被重新分配。     

双级对转压气机叶型优化研究

基于商业软件NUMECA的全三维优化设计平台Design3D对某对转压气机的转子1叶片进行了全三维叶片优化设计。优化目标是在控制流量和总压比的情况下,提高其等熵效率。结果表明,转子1工况点效率提升了0.6%,对转压气机整机效率提高近1.5%,总压比也略有增加。通过流场分析看出优化叶片性能的提高主要是源于中高部叶展高马赫数区的增加,以及尾迹损失的较小。     

利用静子非轴对称轮毂造型提高轴流压缩机效率

以减弱轴流压缩机静叶角区分离为目的,将非轴对称端壁造型技术引入轴流压缩机的设计中。数值模拟结果显示,设计的非轴对称轮毂使原型压缩机静叶根部的角区分离显著减小,级工作效率得到提高。     

基于数值优化方法的轴流压气机叶片设计与分析

基于商业软件NUMECA的叶轮机械全三维优化设计平台Design3D,采用三维N-S方程流场计算、网格自动生成、三维叶片参数化造型与遗传算法寻优相结合的方法,对一跨音速轴流压气机叶轮进行了三维叶片型线优化设计.优化目标是在流量、总压比不减小的情况下,降低总压损失,以提高其整体效率.优化叶片与原叶片相比,总压损失显著降低,等熵效率提高了1.285%,同时总压比和流量也都得到了提高.通过流场分析,可以看出优化叶片性能的提高主要是源于中上部叶展区域的总压损失的减小,而总压损失的减小则主要归功于分离区的减小和激波的削弱.     

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。