叶片积垢对压气机性能衰退的影响

空气中的粉尘、微粒容易随空气进入压气机,导致叶片、通道壁面等表面粗糙度增大,降低部件的效率和流通能力,进而影响整机性能。通过对某1.5级轴流压气机进行三维CFD数值模拟,采用基于表面粗糙度与随机尺寸的积垢模拟方法,对积垢造成压气机性能衰退的机理进行对比分析,得到积垢后压气机的效率、压比、轴向力的衰退与转速的关系,以及压气机积垢后的流场变化情况。研究结果可为确定压气机清洗周期和预防叶片积垢提供借鉴。     

粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响

为了研究叶片表面粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响,本文以T3系列平板转捩实验为对象,通过构建Gauss型粗糙表面来验证等效砂粒模型计算方法的适用性,并采用商业软件ANSYS CFX对NASA Stage35型压气机进行了表面粗糙度的数值模拟研究。研究结果表明:采用等效砂粒模型进行表面粗糙度的数值研究能够满足工程要求;当动叶表面粗糙度ks由1μm增大至100μm时,压气机峰值效率减小3.5%,对应工况点的压比减小0.8%,总温比升高0.4%。同时,粗糙度增加后的压气机最大压比与光滑情况下相比减小4.5%;计算得到了总损失系数ω和效率损失系数ζ与叶片表面粗糙度的关系,具有一定的工程价值。     

基于时间推进的轴流压气机准二维性能分析

为实现多级轴流压气机的快速性能分析,开发了一种基于时间推进的准二维性能分析模型。该模型基于Euler方程,加入无黏叶片力模型和黏性力模型等源项用以模拟压气机中的诸多流动现象,同时对叶片区流线进行修正以处理叶片前缘间断问题。为验证模型的有效性,采用3.5级轴流压气机PW3S1和某1.5级高速轴流压气机进行验证,并完成了2个算例在不同转速下的总体参数特性计算。计算结果与试验数据和全三维计算结果进行比较:在PW3S1算例中计算压比和效率的平均误差分别为0.52%和0.63%,在1.5级压气机算例中分别为1.73%和2.91%,同时实现了激波的捕捉及堵塞工况的自动预测。     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNG k-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能.结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100 mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型.研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据.     

分流叶片周向位置对小型轴流风扇性能的影响

以五叶片的小型轴流风扇为原型,设计出3种不同周向位置分流叶片的模型,采用RNGk-ε湍流模型进行定常数值模拟,对比分析诸模型间的静特性、叶片表面静压分布和涡量分布,选出静特性最佳模型为最优模型对其进行非定常计算,研究其气动噪声性能。结果表明:小型轴流风扇中适当增加分流叶片可以提高静压系数和效率,3种带分流叶片模型叶片表面静压分布均匀,分流叶片可以抑制原型叶片尾缘涡脱落,分流叶片的最优的位置为流道中间,该最优模型前方100mm处的监测点的A计权声压级在各个频段均低于原型模型,功率谱密度峰值均出现基频处,且最优模型的峰值低于原型。研究结果可以为小型轴流风扇结构优化和降噪提供依据。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片气动负荷的影响

为研究某型燃气轮机中间三级轴流压气机第二级动叶片的CLOCKING效应及其对静叶片气动负荷的影响,采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法对三级压气机进行数值模拟,分析流场尾迹输运以及叶片非定常气动负荷.计算结果表明,动叶片处于不同CLOCKING位置时,非定常流场具有截然不同的熵输运特点,因而在不同的气流激振力作用下各列叶片气动负荷差别较大.在CLK2位置上,静叶片气动力始终为正值,且波动幅值明显比其它位置小,气动力方向角波动范围最小,且气动力矩波动幅值和方向改变次数最少,具有最稳定的气动负荷.     

离心压气机分流叶片长度对压气机性能影响数值研究

为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响.结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同.分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低...     

叶栅端壁附面层叶片力亏损预测模型

本文基于实验结果,提出了一种预测轴流压气机叶栅端壁附面层叶片力亏损的通用模型.该模型的理论性强、物理意义明确.它包含了目前广泛使用的现有诸种叶片力亏损模型且明显减少了模型的经验性.应用于不同轴流压气机叶栅端壁附面层流动的数值分析结果与实验结果的比较表明,本文所建立的新模型通用性更强且精度也得到了进一步的提高.     

处理机匣结构对某型跨声速轴流压气机畸变响应特性影响

基于机匣处理下的跨声速轴流压气机叶排实验特性，应用畸变传递的矩阵分析模型，对叶尖处理机匣结构容总压畸变特性进行了详细分析，初步建立了几种处理机匣结构对总压畸变及其沿轴流压气机叶排衰减特性影响规律。计算结果表明，处理机匣虽能有效提高了转子叶排抗总压畸变能力．但不同结构处理机匣下静子叶排抗畸变特性存在明显差异，这对设计合理的扩大轴流压气机稳定裕度处理机匣结构尤为重要。     

基于风扇叶型周向参数化的优化研究

选取直叶片叶型小型轴流风扇为研究对象,以静压为优化目标,优化方法为遗传算法和近似函数方法,优化计算得到性能更优的风扇模型,分析研究优化前后风扇静特性及流场的变化,利用风扇测试系统对优化前后风扇进行静特性实测,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:优化后得到了不同参数化方法的优化模型A和B,分别为倾斜叶型和弯曲叶型,两模型的静压均较优化前提高了近20%,静特性和流场状况也均优于原始模型,实验数据和数值计算结果趋势相同且数值接近,达到了对周向参数优化以提高风扇性能的目的。     

周向总压畸变在轴流压气机中的传递特性预测新模型

基于轴流压气机分级级特性，建立了一种预测周向总压畸变沿轴流压气机传递的级矩阵分析新模型。应用新模型于2个轴流压气机算例，对其进口总压畸变传递特性进行了详细的数值分析，新模型预测的总压、总温及气流角的周向分布与叶排特性模型结果比较表明，新模型和采用的方法合理、可行。新模型计算结果表明，随着压气机工作点向不稳定边界移动，压气机级出口的总压畸变衰减程度明显降低，并且其级出口周向总温分布不再与转子进口绝对流动角周向分布相对应，其级进口绝对流动角减小、攻角增大，这主要与压气机级特性分布规律变化有关，显然这对压气机性能及稳定工作范围产生不利影响。     

螺旋轴流式多相泵长短复合静叶优化设计

以螺旋轴流式油气混输泵YQH-100为研究对象, 在此基础上对增压单元叶片轴向长度进行优化设计, 利用专业流场模拟软件Fluent 18.0进行流场数值模拟; 以水和空气作为介质, 通过对YQH-100复合静叶选取不同的长短叶片数, 在不同流量和含气率的工况下进行数值模拟, 得到混输泵增压单元压力场分布和含气率分布, 并计算出不同工况下整机的增压曲线, 扬程曲线以及效率曲线。通过对比得出在不同流量和不同含气率工况下, 复合静叶的叶片数为8-8时, 混输泵的效率和增压效果明显高于其他两种情况。其他两种情况, 增压单元气液分离较严重的地方位于静叶压力面弦长约2/3的处; 在静叶尾部叶顶处均存在局部压力过大和较大的漩涡。由此表明复合静叶叶片数为8-8时能提高整机性能。     

叶栅端壁附面层的预测模型研究

本文对轴流压气机叶栅端壁附面层的诸种计算方法进行了详细的研制，基于实验和理论提出一种将叶片力亏损与端壁附面层主流和横流发展相关联的新的叶片力亏损模型，该模型不仅适用于叶栅通道内的附面层计算，而且适用于考虑端部间隙漏流影响的端壁附面层计算，对三种不同叶栅的计算结果表明，采用本文的力亏损模型和端壁附面层计算方法所预测的端壁附面层发展，尤其是叶片力亏损的发展，与实验结果一致性较好，这说明本文不仅通用性强而且更具有强的实用性。     

风扇级负荷对其进口总压畸变响应特性影响研究

基于不同转子级负荷下的风扇压气机叶排实验特性,应用畸变传递的矩阵分析模型,对不同级负荷下的风扇压气机转子叶排、静子叶排的容进口总压畸变特性进行了详细分析,初步建立了级负荷对总压畸变及其沿轴流压气机叶排衰减特性影响规律。计算结果表明,提高转子级负荷在设计工况附近能有效提高转子叶排容总压畸变能力,但在接近失速工况下其容总压畸变能力明显降低;不同转子负荷下其后静子叶排容畸变特性存在明显差异,这对合理选择风扇压气机设计级负荷尤为重要。     

预测轴流压气机叶栅端壁附面层及叶片力亏损的速度模型

本文应用三种不同的三维附层速度分布模型对轴流压气机叶栅通道端壁附面层及其叶片力亏损进行了详细的研究，考虑了叶片端部间隙漏流的影响。对三种高负荷叶栅的数值分析结果与实验结果比较表明，采用新的叶片力亏损模型后，不同的速度分布模型对叶片力亏损的预测结果影响较小；而对端壁附面层的预测结果产生较强的影响，叶栅端部无间隙叶，本文的速度模型1或3优于模型2；叶栅端部有间隙时，速度模型1最优，由此提高了端壁附面层数值预测的准确性。     

静叶部分间隙对压气机低工况稳定性影响

为了解决角区失速造成能量损失并影响压气机稳定性问题,本文采用数值模拟的方法对某1.5级压气机进行数值计算.通过对不同部分间隙方案的定常变转速特性计算,对其静叶低工况失稳机理、部分间隙对角区流场的改善机理进行研究.结果表明:静叶部分间隙能够有效地拓宽压气机低工况裕度.中间间隙的效果最好,裕度从25％提升为31％,同时对最...     

双级对转压气机流场分析研究

以设计的某对转压气机级为研究对象,应用F INE/TURBO和CFX软件研究了设计转速、典型工作状态下该压气机的性能和流场细微结构,为进一步优化对转压气机叶片设计提供了依据。计算结果表明:在压气机中反向旋转转子叶片布局设计较好的前提下,对转技术可以在较小的空间里实现较高的压比,从而大幅度提高发动机的推重比;文中给出的对转压气机设计局部流场结构还未达到最优,三维叶片还需要进一步改进,主要表现在一级转子根部和尖部附面层较厚,并伴随有分离现象;二级转子尖部分离流动强烈,使得下游叶片来流发生较大畸变;出口导叶设计尚不理想,集中表现为在根部和尖部有较弱的分离流。     

双级对转压气机多工况数值分析研究

以某双级对转压气机为研究对象,应用数值模拟方法获取不同转速、近喘振点内部流场细微结构,分析了不同工况上下游转子叶片表面流谱特点以及对转、逆压环境中上下游流场相互制约关系,为进一步优化设计对转压气机叶片提供依据。计算结果表明:该对转压气机在多种工况下两排转子来流攻角、落后角都较大,根部和尖部都有较强的分离流动;一级转子叶片表面分离线上游流动速度径向分量较大,可能导致该级转子尖部截面流动分离提前发生;下游转子对上游转子叶片尾迹的反向切割使得其不能按照自身发展规律向下游发展,一方面诱导了上游叶片尾缘附近流动分离,另一方面,对下游叶片来流攻角也产生一定的影响,导致下游转子叶片来流攻角进一步增大,从而加剧了二级转子的分离。     

表面织构对高速插针机构导轨的表面摩擦性能影响

以插针机中具有表面织构的导轨摩擦副为研究对象,考虑表面粗糙度、载荷波动、速度变化、时变油膜挤压效应等因素,分析表面织构对其摩擦性能的影响。应用计算机模拟生成具有自相关函数的粗糙表面,将Greenwood和Tipp建立的粗糙度接触模型以及Patir和Cheng修正后的平均油膜流体润滑模型耦合构建混合摩擦模型,通过MATLAB软件计算出凸轮的1个转动周期内的每个时刻的油膜压力、微凸体压力、油膜厚度。分析了混合润滑阶段摩擦副的油膜压力分布特点,以及织构数量、表面粗糙度、表面织构尺寸参数对摩擦副润滑特性的影响。结果表明：当底座摩擦副粗糙度方差增大时,油膜压力随之减小;微型凹坑半径取60μm,面积占有比取40%,微型凹坑深度取5μm时摩擦副取得最优润滑效果。     

弯叶片压气机叶栅在不同进口附面层厚度下的特性研究

采用人工加厚叶栅进口附面层厚度的方法,研究了弯叶片压气机叶栅在不同叶栅进口附面层厚度条件下叶栅特性的变化,实验结果表明,叶栅进口附面层厚度增加时,叶栅两端区二次流损失增加,近端壁气流的过转程度加强,正弯曲叶栅中低能流体向叶栅中部的迁移能力降低２。反弯曲叶栅中角区分离加剧。叶栅出口气流角和叶栅扩压能力和叶栅进口附面层厚工密切相关。