离心压气机叶轮叶片加工干涉计算机辅助分析

<正> 1 前言离心压气机叶轮叶片的形状,对叶轮的流场和性能有重要的影响。为了研制高性能的压气机,在给出叶片叶轮形状之后,需进行叶轮三元流场计算。根据流场情况,调整叶片叶轮形状,以优选出流场好、预期性能较佳的叶轮。在叶轮转速高的情况下,还需进行叶片动静强度校核,以保证压气机能持久安全的运行。加工压气机叶轮时常存在干涉(过切)现象。文献[1]曾对此进行过分析探讨,指出用指状或柱状铣刀的侧面加工叶片时,铣刀面同一母线上各点法线方向相同,而非可展曲面的直纹面叶片的直母线上各点法线方向     

离心压气机叶轮的一种反问题设计方法及分析

在离心叶轮回转面上运用控制载荷方式的方法对叶片型线进行设计,并且与采用Pezier曲线构造法设计的子午面通道相结合,通过几何对应关系对叶片进行三维设计。在已设计的子午面轮廓和叶根为同一卸载式的加载规律前提下,设计了4种组合加载方式的叶轮。运用数值模拟的方法对叶轮模型的性能进行计算和分析,结果表明,设计方法可行,只要给出合适的加载规律和子午通道就可以设计出高性能的叶轮。这种设计方法可以通过调节叶片的不同组合的加载方式来达到灵活控制叶片扭曲状态和做功方式的目的。     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件,对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响,提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显,当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时,叶轮流道内低速区增大,流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置,可以改善叶轮内部流动情况,提高叶轮性能。     

叶片根部倒角对离心叶轮气动性能影响

叶轮是决定离心压气机气动性能的关键因素之一,在保持叶轮设计参数不变的条件下,调整叶根倒角的分布,对比分析叶根倒角对压气机性能的影响.利用Numeca软件对跨声速离心压气机进行全三维稳态流动数值模拟方案分为等半径倒角与变半径倒角两种.结果表明:主叶片后半弦长的倒角是决定压气机气动性能的关键性因素,尾缘倒角比前缘更敏感;根...     

高压比跨音速离心叶轮的三维叶片型线优化

应用Fine／Design3D软件,采用CFD方法对某一高压比跨音速离心叶轮进行三维叶片型线优化设计,优化结果是效率提高了1．05％,压比和流量也都得到了提高。从几何变化分析,相对于根部、中径截面叶片型线,叶片顶部型线优化是提高跨音速离心叶轮效率的有效措施。     

叶片安装角对离心压气机扩压器气动性能及失速机理影响研究

为了研究离心压气机扩压器异常叶片对于失速现象的诱发效果,以带有叶扩压器的高速离心压气机为研究对象,通过整体或局部改变扩压器叶片安装角,开展非定常数值模拟研究并与实验结果对比验证,研究叶片安装角改变对离心压气机性能、动态特性以及失速机理的影响规律。研究表明：整体负方向旋转叶片安装角会促使扩压器更加不稳定,旋转角度从-5°到5°,最高效率点对应的质量流量逐渐增大。其中安装角偏转+5°扩压器叶片前缘靠近轮缘壁面发生流动分离,诱使无叶区间产生回流;而偏转-5°扩压器轮毂附近的流动分离主要发生在尾缘,造成扩压器叶片吸力面附近产生大范围回流。单个叶片安装角发生较大偏转(大于10°)时,扩压器比叶轮更早进入失速状态,且失速的机制可能会随着安装角偏移的增大发生改变。     

轮背空腔间隙对离心压气机气动轴向力的影响

建立涡轮增压器仿真计算模型并进行试验验证;分别制定轮背空腔径向间隙、轴向间隙的增加、减小方案,研究径向间隙、轴向间隙对离心压气机气动轴向力的影响。结果表明：轮背空腔间隙对轴向力有不同程度的影响;轴向力随间隙的减小而降低,其中径向间隙对轴向力的影响更大,同原方案相比,径向间隙方案在小流量工况下轴向力最大变化为21.92%,在大流量工况下轴向力最大变化为38.00%,轴向间隙方案使轴向力变化不超过6.26%。     

加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究

利用NUMECA 软件对 C4-73No.8D型离心风机进行了叶轮内部流场的三维数值模拟和流动分析,发现在叶轮出口处存在着明显的射流-尾流结构.为削弱这一结构对风机性能的不良影响,对风机叶轮进行了加装短叶片的数值模拟,依据叶轮流场的改善情况,确定了短叶片的优化参数,并在此基础上,进行了风机性能的对比性实验.结果表明,改进后的风机全压明显提升,其额定工况下的效率有所提高,高效区有小幅加宽.     

进口轴向叶片旋流器管内阻力和换热的研究

对进口轴向叶片旋流器管内阻力和换热特性进行了试验研究,分析了管内Ｒｅ数,试验段长径比以及旋顺结构参数对管内阻力 和换热的影响。得到了管内阻力和传热准则关联工,并对旋流器强化管内换热的热力性能进行了定量分析。     

基于正压模型的离心叶轮空化性能分析

鉴于空化数值模拟软件适用范围和计算精度尚需进一步检验,采用Star-CD软件,以一种界面捕获方法来模拟空化,并选择正压模型对离心泵内部流场进行模拟,计算得到了各单元和节点的压力、速度和液体体积分数,通过调整进口断面参考点的参考压力,模拟了叶轮内的空化发生和发展过程,对比了空化发生后的性能参数与基准值。结果表明,正压模型能较好地预测叶轮的空化性能。     

叶片前缘开缝对离心风机气动及噪声的影响研究

将前缘缝翼思想运用到离心风机中,研究了叶片前缘开缝设计参数对离心风机内部流场及其声辐射的影响规律。研究表明:叶片前缘开缝使气流通过狭缝得到加速,抑制后叶片吸力面边界层分离;同时,开缝设计使叶轮内部压力脉动明显减弱,降低离心风机气动噪声源强度,存在最佳开缝参数组合使离心风机流动与降噪效果达到最佳;设计工况下,当开缝位置L/C=0.30,前叶偏转角θ=4°,且前、后叶片最大相对厚度相等时,离心风机全压提高7%,效率提高2%,其远场噪声各测点总声压级平均下降3.5 dB。     

带有热障涂层的涡轮叶片前缘气热耦合数值研究

采用气热耦合的数值计算方法以及考虑转捩的湍流模型,对采用热障涂层技术的某型气冷涡轮叶片前缘传热进行了数值研究.结果表明,由于热障涂层的高绝热性,热障涂层一方面大幅提高叶片的抗氧化和抗热腐蚀的能力,另一方面配合高效的冷却技术,可以降低金属叶片的工作温度和叶片内的温度梯度.     

扩压器叶片前缘开槽结构降噪特性研究

采用大涡模拟技术以及FW-H积分方法数值模拟离心鼓风机内的非定常湍流场及其远场辐射噪声,研究了扩压器叶片前缘开槽参数对离心鼓风机噪声的影响规律及作用机理。结果表明:带有开槽结构的扩压器可抑制或延缓扩压器叶片表面的附面层分离,起到均匀流动的作用,从而抑制流动噪声源的产生;离心鼓风机的噪声性能与叶片前缘开槽几何参数相关,当相对槽长L/C=0.3、相对槽高h/H=0.1时,测点总声压级最大可降低20 dB;从整体上看,固定相对槽长、改变相对槽高的模型降噪效果要优于固定相对槽高、改变相对槽长的模型。     

Reynolds Stress Transport Modeling of Film Cooling at the Leading Edge of a Symmetrical Turbine Blade Model

This paper investigates the performance of the SSG (Speziale, Sarkar, and Gatski) Reynolds Stress Model for the prediction of film cooling at the leading edge of a symmetrical turbine blade model using the CFX 5.7.1 package from ANSYS, Inc. Using a finite-volume method, the performance of the selected turbulence model is compared to that of the standard k?? model. The test case blade model is symmetric and has one injection row of discrete cylindrical holes on each side near the leading edge. Numerical simulations are conducted for three different blowing ratios; film cooling effectiveness contours on the blade surface and lateral averaged adiabatic film cooling effectiveness are presented and compared with available measurements. The computations with the standard k?? model reproduce the well-known underpredicted lateral spreading of the jet, and, consequently, lower values of the lateral averaged adiabatic film cooling effectiveness has been obtained. On the other hand, the second order Reynolds Stress Model yields reasonably good agreement with measurement data. In addition to validation data, several longitudinal and transversal contours and vector planes are reproduced and clearly underscore the anisotropic turbulent field occurring in the present shower head film cooling configuration.     

基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量。结果显示:相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。     

叶片前缘波纹形气膜孔不同参数冷却特性研究

为了解决涡轮叶片前缘的冷却问题,提出结构简单的波纹形气膜孔的概念。对影响孔冷却特性的4个重要参数(吹风比、倾斜角、扩展角和后倾角),采用4因素4水平下的田口方法进行优化,并采用数值计算的方法将其冷却效率与参考孔型(圆柱形气膜孔)进行对比。其中,固定前缘孔间距30 mm,斜向倾角23°,并与试验保持一致。结果表明：吹风比为1、倾斜角为30°、扩展角为20°和后倾角为0°的波纹形气膜孔结构,壁面平均冷却效率达到0.36,冷却效果最佳;同时,随着吹风比的增大,该气膜孔结构前缘壁面平均冷却效率增长趋势明显,且在吹风比为2时冷却气流依旧具有良好的贴壁性能,壁面平均冷却效率超过圆柱形气膜孔82.96%。     

分流叶片前缘掠 对跨音速离心压气机气动性能的影响

对不同分流叶片前缘掠角(-20°~20°)的跨音速离心压气机流场进行了数值模拟研究,结果表明:分流叶片掠几乎不改变压气机的堵塞流量,前掠有扩展压气机工作范围、增加失速裕度的趋势,同时使性能提高,分流叶片前掠10°性能最佳,在最高效率点效率提高0.77%,压比提升0.91%;与原压气机相比,后掠性能有所下降。分流叶片掠对主叶片的影响集中在其叶片中部,对前端低能流体的径向迁移改善效果不明显;前掠使主叶片中部压差减小,减弱了通道中横向的压力梯度,减小间隙泄漏损失,后掠使泄漏损失增加;分流叶片掠对主叶片吸力面的斜激波影响甚微,对通道中部及其两侧的低能流体作用较明显,前掠抑制了压力面侧低能流团的发展,更好地改善了通道中部的分离流动,后掠使低能流团向分流叶片前积聚,流动损失增加。