叶片破损对压气机性能的影响

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型工况下叶片破损前后的流场结构进行对比分析,探讨引起性能变化的具体原因。研究表明：叶片破损会导致压气机的压比降低0.663 1%、绝热效率降低0.787 7%,且压气机的稳定裕度降低更为明显。叶尖破损主要对叶顶流场结构产生影响,使叶顶区域泄漏流增强,当其与激波相互作用时,通道内产生了流动堵塞和流动损失。本文研究成果可为实际服役中的航空发动机特性评定提供理论参考。     

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。     

不同分流比下风扇／压气机组合体性能预估研究

在存在内、外涵道的风扇／压气机组合体性能预估进行了研究,其思路是将基元叶片法＋附面层修正＋分流环效应三有效地耦合在一起,既能较准确的考虑因气体的粘性影响而引起的堵塞,又可将分流环周围的流场效应在子午流面的计算中体现出来,所研究的具有任意分流比的内扇／高压压气机气动性能预估程序,算例验证对比得到的预测结果表明,该方法不失为风扇／压气机性能分析的有效辅助工具。     

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.     

积垢条件下压气机性能衰退数值模拟

针对轴流压气机在实际工作中遇到的叶片表面磨损、积垢问题,本文以NASA Stage 35单级轴流压气机模型为研究对象,建立了数值计算模型,以压气机的静叶部分为主要研究对象,使用更改静叶叶片表面粗糙度值和不均匀地更改静叶叶型厚度两种不同方法模拟压气机表面积垢情况,得到压气机效率、压比等性能的衰退情况与不同模拟方法的关系,以及压气机不同程度积垢下的流场变化情况。计算结果表明:更改叶片表面粗糙度对压气机的效率性能影响要大于对压比的影响,叶型厚度的变化会明显影响压气机的稳定工作范围。研究结果可为确定压气机清洗周期和运行寿命预估提供借鉴。     

带周向槽机匣处理的轴流压气机叶顶流场数值研究

周向槽机匣处理是提高压气机稳定工作裕度的有效措施之一,采用数值模拟方法研究了 周向槽机匣处理对轴流压气机性能的影响.数值计算所获得总性能与试验结果符合良好.通 过详细地分析周向槽机匣处理对压气机顶部区域流场结构的影响,揭示了周向槽机匣处理对压气机性能及流场影响的流动机理.     

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。     

几何结构对S-CO2离心压缩机热力学性能影响分析

离心压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环中的核心部件，其内部结构与流动换热机理复杂，为了研究多种结构对S-CO₂离心压缩机性能影响，本文针对某兆瓦级S-CO₂离心压缩机进行了一维和三维数值方法模拟。基于该模型采取线性加权和法对压缩机5种不同结构参数变化引起的热力学性能进行了量化研究。结果表明：叶片后弯角和无叶扩压器长度对离心压缩机性能的影响最大，其次是叶片数、分流叶片长度和叶顶间隙；增加叶片数可提高叶轮做功能力和压比，但增加过多会降低效率；0.25～0.75 mm内，随着叶顶间隙增加，离心压缩机的压比和效率降低，最佳分流叶片长度系数为0.74。本文研究结果可为后续S-CO₂布雷顿循环系统中离心压缩机设计提供参考。     

进口总压畸变对亚声速轴流压气机流场影响数值研究

文章采用全三维定常、非定常数值模拟,计算3种不同周向总压畸变:1×120°、2×60°以反5×24°周向总压畸变对某亚声速轴流压气机总性能影响,并详细分析了总压畸变对压气机内部转子流场的影响.数值模拟结果揭示了;周向总压畸变对该压气机转子总性能影响不大,而对它的失速裕度影响较大;1×120°周向总压畸变,失速裕度损失最大,约有7%的裕度损失.2×60°以及5×24°周向总压畸变,裕度损失分别为3%和1.5%;畸变区与非畸变区边界上有明显的周向流动,且流动方向为从非畸变区指向畸变区内,当叶片进入畸变区时,叶片载荷减小,当离开畸变区时,叶片载荷增大;进口周向总压畸变使得堵塞流量减小,同时引起出口总温总压畸变.     

压气机周向槽处理机匣的轴向位置研究

为研究处理机匣位置对压气机性能的影响,对跨音压气机rotor37进行了不同轴向位置周向处理槽的全三维定常数值模拟,在分析处理机匣扩稳机理的基础上研究了光壁机匣和各种处理机匣下的压气机流场结构.结果表明,周向槽处理机匣能在效率损失不大的情况下使压气机失稳边界向特性图的左上方移动,额定转速下的周向处理槽覆盖叶尖弦长中部时能获得3.35%的扩稳裕度,而效率损失仅为0.23%.在对比多种处理机匣下的压气机性能和内部流场分布后认为:设计点下的处理机匣应以覆盖叶尖中部为宜.     

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。     

跨声速轴流压气机多叶排反问题优化方法

为提升跨声速压气机的气动性能,以叶轮机械三维黏性反问题设计理论为基础,发展了适用于压气机多叶排三维反问题优化设计方法。描述了压气机多叶排流场计算所采用的数值求解技术,详细推导了反问题优化设计方法和流程。为验证方法的正确性,运用德国宇航中心单级跨声速压气机R030-SUKS/31的实验数据与计算结果进行对比。在对原型叶片表面载荷进行分析的基础上,重新修改叶片表面载荷分布,并通过反问题设计方法计算得到新的叶片几何构型。结果表明,通过修改叶片表面载荷分布,运用反问题设计方法得到的压气机,其进口相对马赫数有所提升,压气机流量和压比分别提高了3.5%和2.0%,气动性能有明显提升,验证了方法的正确性和有效性。     

机匣喷气改善压气机性能的机理研究

压气机机匣喷气可以有效改善涡轮增压柴油机的加载性能。为了研究机匣喷气对压气机性能的影响,建立了带有机匣喷气结构的压气机模型,并对其进行数值分析。计算结果表明:机匣喷气会向压气机引入高能气体,降低压气机的叶片载荷、减小压缩功,并且同时可以增大压气机出口的气体流量,因此可以改善涡轮增压柴油机的加载性能;采用机匣喷气会导致在转子叶片上部(沿叶高方向)区域中形成回流,是降低压气机入口流量和降低压气机定熵效率的主要原因;机匣喷气喷出的高速气流通过引射作用抑制转子叶片上部的回流区域向叶片中下部扩大,同时增大扩压器入口的气流角,减少气流与叶片的碰撞,延迟喘振发生。在喷气压力为0.3 MPa时,采用机匣喷气可使压气机的喘振边界和堵塞边界分别扩展12.3%、5.93%,叶片平均比载荷降低28.4%,压气机出口流量增大了47.4%(压比为1.986)。     

大小叶片斜流压气机级性能和流场的数值模拟研究

文章以某高压比斜流压气机级为研究对象,开展三维定常数值模拟研究,初步获取了压气机级性能和流场结构,并与试验结果进行了对比。结果表明,计算总体性能与试验存在一定的差距,计算的流量-压比曲线比试验值向右和向上移动,流量-效率曲线比试验值向右和略微向上移动。对于斜流叶轮,两个叶片通道出口靠近机匣区域均存在低速流团,通道1中低速流团主要由附面层低能流团在哥氏力作用下堆积而成,通道2中的低速流团主要由叶尖间隙泄漏形成。对于文中计算斜流压气机,通道1中的低速流团对诱发流动失稳起主要作用。     

分流叶片弦长与周向分布对无蜗壳离心通风机内部流动影响

在无蜗壳离心通风机叶轮流道内,加装分流叶片并修改了分流叶片弦长及分流叶片在流道内的周向位置。采用定常的三维N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对不带分流叶片的离心通风机与加装了不同弦长及周向位置分流叶片的离心通风机性能进行了数值模拟,结果发现:当分流叶片的周向位置处于流道正中部位置且分流叶片弦长为主叶片弦长的50%时,在各工况下均能削弱叶片吸力面上的分离涡并抑制流道内的二次流,使得风机静压提升10 Pa,静压效率提升7%。数值模拟结果表明,将分流叶片结构置于流道中央有效提升了无蜗壳离心通风机的静压及静压效率,改善了内部流动情况。     

水平轴风力机流场的数值模拟

采用NRELS809翼型数据建立了水平轴风力机的整体模型及整机的流场模型.利用Fluent软件对模型进行仿真计算.结果表明,叶片截面形状对流场变化有影响.其中气流在叶片前后流场变化较大,叶片后部易出现涡流,存在负压,而叶片长度方向上的截面气流也有变化.     

航空发动机某型号压气机叶片固有频率的研究

利用有限元法对航空发动机某型号压气机叶片的前二十阶固有频率进行了计算，并通过实验测出了叶片的前四阶固有频率，计算值和实测值基本吻合，为进一步分析叶片的振动响应和确定该型叶片的工作范围提供了依据。     

CG与CAD/CAM技术在压气机叶片中的应用研究

以压气机叶片为例,就CG技术在CAD/CAM各环节的运用进行系统的分析、研究,进一步提高了压气机叶片的设计水平和制造精度。     

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...     

车载燃料电池高速离心压气机叶轮设计

为解决燃料电池空气进入量不足导致效率较低的问题,本文设计了一款高速车载燃料电池离心压气机叶轮,通过Concepts NREC中的Compal模块,对压气机进行二维循环设计,同时采用AxCent模块进行离心压气机叶片几何设计,并使用Ansys中的流体仿真软件(computational fluid X,CFX)对叶轮流域进行计算流体力学仿真(computational gluid dynamics,CFD),将得到的流域情形与二维仿真计算结果进行对比研究。研究结果表明,该离心压气机由电机驱动,在设计转速下叶轮最高效率可达0.8,工作范围为0.012～0.14kg/s,得到效果较好的流域,印证了二维设计的准确性。该设计具有较宽的工作范围,能满足汽车对空气压缩机的要求,尤其在低流量范围,能更好的适应汽车行驶过程中的低速车况。该研究对我国新能源的发展具有重要意义。