单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

基于流场偏差分析的离心压气机优化设计

为了提高车用内燃机变转速、变负荷面工况性能,提出了离心压气机优化设计方法,即通过考虑压气机设计工况与非设计工况流场的关联效应,抑制不同工况流场之间的差异,优化离心压气机结构.利用该方法对某柴油机离心压气机进行了优化设计,其设计工况与非设计工况之间的流场偏差集中在大叶片进口叶尖部分,据此提出了压气机前缘前掠的流场控制措施.仿真分析表明:改型离心压气机流场偏差得到了明显抑制,其设计工况性能变化较小,非设计工况压比提高了4.46%,,效率提高了1.56%,.     

压气机叶片多工况气动优化设计研究

采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计,并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明,压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变,并且叶片稳定工作范围有所扩大。     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

小型离心压气机结构参数优化与流量特性的仿真分析

压气机的流量特性（图）是压气机使用的主要参考依据,但是目前仍主要依靠试验方法得到。笔者探讨利用稳态可压缩粘性流体微分方程和k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法对离心压气机的工作状况进行三维仿真计算。对某型压气机,通过改变扩压器和k-ε蜗壳结构参数,得到优化模型。根据优化模型在每一转速不同出口静压工况下的计算结果,得到压气机的流量特性图。结果表明,CFD方法可以得到压气机的流量特性图,并且可以方便地分析压气机各部分的流动损失,是压气机设计及性能前期预测的一种有效方法。     

船用燃气轮机低压压气机改型设计研究

为了保证船用8级低压压气机在低工况稳定性不降低的前提下,同时提高设计点效率,通过数值模拟的方法研究展弦比优化对压气机设计点效率的影响。分析结果表明：展弦比的选取会影响主流区的流动损失和端壁二次流损失,进而影响压气机性能。优化了多级压气机后面级展弦比,将设计点效率提高了0.42%。同时,通过优化可转导叶偏转角度,确保了60%转速的喘振裕度不降低。     

压气机分层优化气动设计体系研究

基于压气机分层次气动优化设计思想,结合了优化算法、CFD(计算流体力学)技术与压气机气动设计程序,利用商业软件,建立了压气机气动优化设计平台,将气动优化设计思想融入到了压气机气动设计多个阶段,以实现压气机气动设计使性能最优化的目的.应用商业通用优化平台进行了轴流压气机一维、S2反问题气动优化设计,并采用NUMECA提供的全三维优化设计平台对压气机进行了全三维气动优化设计.计算结果表明:分层气动优化设计是提高压气机气动性能的有效手段,先进的优化算法在气动设计的各阶段都能够比传统设计手段更大限度地实现压气机性能的最优化.     

燃气轮机压气机动叶片设计与计算

利用传统压气机叶片亚音速设计方法,针对某重型燃气轮机压气机某级动叶片,采用等环量与等进口气流角沿径向气流参数分布规律的方法设计了两种叶片。利用数值模拟的方法对两种叶片在额定工况与变攻角工况下的气动性能进行分析,探究了传统叶片设计方法在重型燃轮机设计中的可行性与适用范围。计算结果表明,本设计在压气机叶片中径处来流气体相对马赫数低于0.6的情况下是比较成功的,该方法可以应用于重型燃气轮机压气机和低亚声速级的叶片设计中。     

大功率燃气轮机压气机加级设计的可行性分析及有关试验研究

论述了以206y压气机为母型,通过加级设计,满足大功率燃气轮机压气机的需要的可行性及初步技术方案;利用全三维设计计算方法,对新加级进行了全工况流动特性数据计算,得到了级特性参数;同时,介绍了平面叶栅风洞试验和试验结果,通过试验,取得了一系列叶栅气动性能数据。理论计算与风洞试验结果二者吻合很好,这表明计算方法的准确可靠,为验证叶片设计方法提供了重要的气动参考数据,也为206y母型压气机加级设计提供了有利的基础资料。     

基于扩压因子流型的压气机快速性能预测算法

为快速、准确地获得压气机性能参数、完成压气机性能预测,实现压气机优化设计,基于流线曲率法,将扩压因子作为控制方程、损失模型、熵增修正模型及落后角模型中的关键参数,建立轴流压气机性能快速预测算法。利用该算法对某跨音速轴流压气机性能参数进行计算,并将计算结果与主流商业软件计算结果及试验数据进行对比。通过对比发现：该算法计算效率高,能够快速且较为准确地完成压气机整体性能和沿叶高方向流场参数的预测;计算范围广,在不同转速、不同流量等非设计工况下算法预测结果均与试验及数值模拟数据接近;所选取与完善的经验公式合理可靠,能够较好地描述压气机内部流动。     

船用燃气轮机压气机多级可调静叶优化匹配方法研究

作为防止燃气轮机喘振的有效手段之一,可调静叶技术的应用能够提升压气机在非设计工况下的效率和运行范围,从而提高燃气轮机变工况下的经济性和稳定性.以某型船用三轴燃气轮机为研究对象,建立压气机一维性能分析模型与燃气轮机零维仿真模型耦合的变维度燃气轮机仿真模型,以经济性和稳定性为优化目标,通过多目标遗传算法对低压压气机多级可调...     

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.     

多级轴流压气机全工况性能计算

运用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca对某重型燃气轮机多级轴流压气机的前5排叶列进行了全工况下的数值联算．重点分析了设计转速下可调导叶角度的变化．以及可调导叶处于设计角度时转速的变化对压气机特性的影响。计算中采用Jameson的中心差分格式使用全局时间推进方法求解N—S方程和Spalart-Allmaras一方程湍流模型。结果表明，这套方法能比较准确地反映压气机在各种工况下的性能，同样适用于后续阶段的整机联算。．     

Study on the performance deterioration of mixed flow impeller due to change in tip clearance

Performance of mixed flow compressor with un-shrouded impeller strongly depends upon unsteady, asymmetrical flow fields in the axial directions. The flow through the mixed flow impeller is complex due to three-dimensional nature of geometry. In mixed flow impeller, there are clearances between the rotating impeller blades and the casing as the high pressure ratio compressors are usually open shrouded impellers. As a result, certain amount of reduction in the performance is unavoidable due to clearance flows. In the present investigations, numerical analysis is performed using a commercial code to investigate tip clearance effects on through flow. The perform- ance of mixed flow impeller with four different clearances between impeller and stationary shroud are evaluated and compared with experimental results. The impeller performance map was obtained for different operating speeds and mass flow rates with different tip clearances. The result shows that the tip leakage flow strongly inter- acts with mainstream and contributes to total pressure loss and performance reduction. The pressure and per- formance decrement are approximately linearly proportional to the gap between impeller and stationary shroud. The analysis showed scope for improvement in design of the compressor for better performance in terms of effi- ciency and operating range.     

过渡段部分对某高压压气机性能影响研究

以某型高压九级轴流压气机为研究对象,通过NUMECA软件进行模拟计算,研究了前过渡段、过渡段支板和出口过渡段的气体流动损失对压气机性能的影响,并采用DFFD参数化方法和多岛遗传算法对过渡段部分进行了结构改型与气动优化设计。结果表明:相比不带过渡段的压气机模型,原型过渡段使等熵效率降低1.57%,经过对过渡段型线改进以及对过渡段支板的优化设计,优化后过渡段使等熵效率仅降低0.63%;优化后的过渡段部分气流阻塞减少、损失减小,使得高压压气机整体效率较优化前提高0.94%;经流场损失分析发现,支板段和出口扩压延长段是造成堵塞和效率降低的主要原因。