轴流式压气机级变几何叶栅的设计研究

先进的轴流式压气机在非设计状态下工作时,常利用某种变几何气流调节来适应速度图的需要。变几何调节可应用进口导叶、转子叶栅及单列和串列静子叶栅。通过典型的叶片基元性能曲线研究,说明现代设计中越来越愿采用变几何叶栅的理由;利用己发表的结果和简单分析指出绕固定轴旋转叶片作调节时出现的一些缺点。最后对应用气动与几何联合调节改变压气机特性提出建议。     

一种新的轴流式透平叶栅叶型生成方法

提出了一种新的轴流式透平叶栅叶型的正设计方法,首先采用了二次曲线来生成初始叶型,以保证叶型型线具有良好的保凸性,再用高阶Ｂｅｚｉｅｒ函数对其进行高阶光滑,以保证其具有良好的流动性能。利用该方法所设计的叶型具有较高的效率和良好的气动性能。给出了已投入使用的叶型与该方法生成的叶型的性能比较,从结果可以看出,所生成的叶型是较为理想的。     

A_40_叶型串列叶栅的试验研究

本文根据A_(40)叶型串列叶栅试验,给出了串列叶栅气动参数随冲角变化的关系曲线,计论了缝隙收敛度对流动状态的影响,进一步充实了缝隙流动机理的阐述。为工程设计提供了可靠的依据。     

分流叶栅及串列叶栅的流场计算

本文用流函数有限差分松驰法求解了分流叶栅及串列叶栅的流场。所求出的轴流式叶栅叶型表面速度分布与文献[1]中试验数据十分相符;同时计算了多分流叶栅流场,计算值与[2]中试验值吻合很好;还对[3]中的串列叶栅流场进行了计算,计算与试验结果也吻合较好;按本方法计算数据优化设计的含分流叶栅的离心式风机的性能较好。     

串列叶栅流场计算

本文提出一个求解串列叶栅可压缩流动的方法.将广义库塔条件同时应用于前后列叶栅尾缘确定叶栅中的流量分配和出气角.整个流场是使用超松弛算法求解流函数得出的.     

变弯度叶栅的试验研究

对有缝隙的和无缝隙的变尾缘叶栅与变弯度叶栅进行了系统试验研究,取得了这种叶栅的气流转折角和损失以及落后角的变化规律。证实压气机变弯度叶栅可在较小的能量损失下实现较大的气流转折角,其工作特性比可转导叶明显优越。推荐的叶栅构型及其几何参数值可供设计直接使用,它是改善压气机调节性能,防止喘振,扩大稳定工作范围的行之有效的方法。     

基于基元叶栅法的轴流式压气机变工况性能计算模型

基于基元叶栅法,建立了轴流式压气机的变工况计算模型,并采用变比热公式计算空气的热力参数;绘制了压比、等熵效率、折合耗功率和折合出口总温的通用特性曲线;计算了压气机的运行工况线。在此基础上,确定了压气机的喘振边界线。定量计算了IGV对压气机通用特性曲线的影响。建模过程中,考虑了空气相对湿度对压气机通用特性曲线的影响。算例表明,该模型精度较高,能够对具有IGV的压气机进行变工况计算。本文所做工作为进一步研究压气机的变工况性能奠定了基础。     

轴流式压气机进口导叶滞后角的计算

根据一系列平面叶栅风洞试验的结果,确定了轴流式压气机中可转导叶和可变尾缘导叶的气动特性,从而总结出它们的滞后角按卡特公式计算时适用的范围和必须进行的修正。     

串列叶栅前后排叶片周向相对位置对离心压气机性能的影响

串列叶栅前后排叶片相对位置对串列扩压器的性能有重要影响.根据离心叶轮出口气流参数设计了一离心式串列叶栅扩压器,并利用数值模拟方法在前、后排叶栅周向相对位置分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%时对离心压气机级进行了计算和分析,研究周向相对位置变化对离心压气机性能的影响以及作用机理.数值模拟结果表明:随着前后排叶栅周向相对位置变化,后排叶栅前缘滞止高压区相对前排叶栅的位置发生了变化,影响了前排叶栅压力面的压力分布,从而改变了前排叶栅压力分布及大小;当前后排叶栅周向相对位置为30%时,扩压器性能达到最佳,使压气机总压比和等熵效率最大,稳定工作范围增大;前后排叶栅所形成的渐缩通道可抑制后排叶栅吸力面边界层的分离.     

压气机叶栅密流比效应试验研究

本文讨论了在压气机叶栅中实现二元流动的条件,二元流动的判别标准,影响密流比的因素和密流比对叶栅性能的影响。通过大量试验结果表明,多孔壁与实体壁叶栅在数据与数据变化规律方面存在不可忽视的差别。如不注意密流比效应,可能导致设计错误。     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

轴流式压气机级多目标优化简介

本文以设计工况效率和级总质量为目标函数,提出了一个轴流式压气机级的多目标优化方法.计算表明该方法是有效且实用的.     

扇形叶栅实验中可调导叶的应用研究

为了对压气机静叶开展扇形叶栅实验研究,设计了可调导叶来模拟静叶气流的速度和方向,并采用数值模拟和实验方法对该可调导叶的气动性能开展研究,分析了不同转角时导叶出口气流参数的分布规律。研究表明:数值模拟结果和实验结果可吻合较好;可以通过合理的导叶设计,以扇形叶栅实验代替压气机级实验来研究静子的性能和流场结构;实验中导叶间隙的影响使附面层增厚,使转角0°、+2°和+4°时,出口最高马赫数位置向中径处抬升至25%叶高处;而数值模拟对附面层变化考虑不足,出口最高马赫数位于15%叶高处。     

跨音速叶栅流场的数值模拟

论述了时间相关有限差分法在跨音速叶栅流动计算中的应用,并以具有代表性的跨音速压气机叶栅流场的计算和图样的制取为例,附以程序编制及其流程图,详细地讲解了计算程序的具体操作。由比较可以看出此方法较以前的时间推进法要快得多。可以预期,随着该方法的不断完善,得到更为精确的结果是完全有可能的。     

粗糙度对压气机叶栅性能影响研究

受工作环境的影响,空气中的杂质进入到压气机内部,这些杂质冲击压气机部件表面造成壁面粗糙度增加,严重时会造成叶片损伤,严重影响压气机的安全稳定运行。为了分析粗糙度造成压气机性能衰退的气动原因,首先需要研究粗糙度对叶栅性能的影响。选择某双弧形压气机叶栅作为研究对象,首次使用一种多控制点叶型型线变化的方法模拟二维粗糙叶片表面,从而实现粗糙叶片的物理模型体现。数值模拟计算过程中避开了传统的、经验式的壁面函数方程,提高了数值模拟对于粗糙表面的计算精度。研究了不同粗糙度以及不同粗糙位置条件下叶栅各方面的损失变化。研究结果表明：当叶栅表面完全粗糙时,尾迹损失值较光滑叶栅升高33%;叶背前缘20%位置的粗糙度对叶栅性能影响最大。     

面向对象的透平叶栅设计知识库的研究和开发

根据工程设计知识库的概念，利用面向对象的方法进行了透平叶栅设计知识库的研究和开发，所设计的透平叶栅设计知识库包括造型方法，气动性能分析方法，优化方法，设计规则和叶栅实例库。该设计知识库软件的开发，有力地推动了透平叶栅设计类专家系统的研究。     

不同冲角端壁翼刀控制压气机叶栅二次流的实验研究

对不同冲角下端壁翼刀安装在不同周向位置的压气机叶栅进行的实验研究,结果表明,叶栅总损失随翼刀位置的变化趋势是远离吸力面时损失降低,靠近吸力面时损失升高,冲角变化时叶栅总损失降低的最佳翼刀位置发生变化;在距离吸力面位置70%相对节距处安装翼刀后叶栅总损失在一定的冲角范围内(-9°~+6°)仍然比常规叶栅低。在负冲角下,安装翼刀对流道内流动的影响有随冲角的增大而减小的趋势;在正冲角下,安装翼刀对流道内的影响有随冲角增大而加强的趋势。     

大功率汽轮机末级动叶根部叶栅的最优化设计

本文提出了大功率汽轮机末级动叶根部叶栅的最优化设计的方法,并给出设计实例。最优设计所得的叶栅损失系数比原有叶栅的损失系数有明显下降。     

燃气透平静叶栅的弯扭气动设计分析方法

给出了一个适用于弯扭燃气涡轮静叶栅的气动设计分析通流计算方法。采用Ｓ２流面流函数方程做为主控方程，而热力气动参数的计算采用变热比求解方法，损失模型以修正的安利－马歇森模型为基础，二次流损失的计算考虑了弯叶片的影响。用此方法对一小展弦比涡轮级静叶栅进行不同弯曲角的弯扭联合成型气动设计，合理地反映了叶栅内流场特性。     

大攻角平面压气机叶栅内的PIV应用

本文利用二维PIV测量系统,在低速风洞中对NACA65翼型在大攻角情况下的流场结构进行了实验研究。实验结果表明,在10°左右攻角下,叶栅流道中存在很强的非定常流动,叶片吸力面附近存在大面积分离;近尾迹处则是以典型的集中涡为主导的流动现象,流动形态复杂,流场变化大。