用于跨音速多级轴流压气机气动性能模拟的准一维程序

发展了一种能够较为准确预测跨音速多级轴流压气机气动性能的准一维数学模型。该模型基于欧拉方程外加源项的方法,可对多级轴流压气机的气动性能进行数值模拟。方程中的源项用于表示叶片、壁面摩擦以及流道面积变化对气流的影响,可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。通过对跨音速压气机内部复杂的三维流动现象进行了简化,发展了合适的损失系数和落后角模型用来计算得到叶片排出口参数。对两种不同的多级跨音速压气机进行了数值模拟并与实验结果进行了对比,验证了本模型能够较为准确地模拟出跨音速轴流压气机的气动性能,但计算的精确度还需要根据不同的压气机类型对经验公式的系数进行优化。发展的模型根据压气机简单的几何尺寸就能对其气动性能做出较为准确的预测,这在压气机的预设计以及优化阶段有着重要的指导作用。     

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型.运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线.并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性.通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性.     

高速轴流压气机二维特性计算

采用二维流线曲率法数值模型,建立了适应于高速轴流压气机的落后角和损失模型,对某跨声速轴流压气机转子的非设计工况点进行计算,并与实验结果进行了对比。结果表明,该方法具有较好的计算精度,可为轴流压气机设计和优化提供参考。     

舰船大功率轴流压气机气动设计研究

基于建立的舰船大功率多级轴流压气机气动设计体系,开展了舰船用某型大功率燃气轮机压气机设计研究,完成了6级轴流压气机的气动设计。进行了一维反问题设计、一维特性计算分析、S2反问题计算、叶片造型以及三维CFD计算分析。各级载荷分布从前面级到后面级逐渐降低,叶展方向按照等压比分配以避免径向掺混损失过大,S2设计并没有严格遵循传统的设计规律(等环量、等反动度等),而是基于一维设计方案通过不断调整优化获得的。根据CDA的特点,开发了可用于工程应用的叶片造型程序,可实现不同中弧线、不同厚度分布调节,能够实现叶片弯、掠等功能。三维数值模拟结果表明,考虑动叶叶顶具有0. 5 mm间隙的情况下,6级压气机设计点效率达到89. 75%,设计转速下的喘振裕度为22. 5%,同时具有较好的变工况性能。     

两级压气机数值模拟及性能分析

为了深入了解某多级轴流压气机的中间两级的内部流场及气动性能,为进一步的优化设计提供数据支持,利用商用软件Numeca对其进行了全三维数值模拟及详细的气动性能评估和流场分析。结果表明:该两级压气机具有良好的气动特性。     

带可调进口导叶的多级轴流压气机非设计点性能计算

多级轴流压气机为保证非设计转速下的性能,通常采用进口导叶(IGV)以及静叶可调的扩稳方法。为获得可靠的进口导叶性能以用于压气机初步设计和扩稳方案的初步筛选,基于Banjac和Petrovic等提出的IGV损失和落后角模型与平均中径计算相结合,开发了带有IGV的多级轴流压气机性能分析工具。选用E3压气机作为算例进行计算分析,结果表明,所选用的IGV模型在较大开度内具有较好的精度和有效性。研究结果可以为多级轴流压气机初步设计和扩稳方案确定提供参考。     

给定通流部分形状时多级轴流压气机效率优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究。导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定通流部分形状时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，并以某三级压气机为例进行了数值计算，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。     

动叶正弯对压气机性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级动叶叶片进行了正弯设计的参数研究,得到了适用于所研究压气机的弯动叶气动性能变化规律,数值研究结果表明:对于正弯叶片,弯角和弯高存在一个最佳数值.动叶正弯改善了压气机级的气动性能,提高了整级的效率和压比.     

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。     

变几何多级轴流压气机动态仿真模型的研究与应用

首先采用基于级平均直径上的一维流动逐级叠加法建立了变几何多级轴流压气机全工况性能预估模型,在此基础上,将压气机的级作为控制体,运用一维非稳态质量、动量和能量平衡微分方程来描述级出口截面处热力学参数动态特性,采用模块化方法建立各级集总参数模块,按照工质流程将各级的仿真模块连接起来即形成压气机通流部分机理性动态仿真模型.仿真试验表明:该仿真模型能够正确反映燃气轮机启动过程中与压气机有关的热力学参数变化过程,模型的动态响应特性与实际压气机热力参数的变化趋势基本一致.     

变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型

基于压气机级的综合特性曲线,采用逐级叠加法开发了静叶可调的变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型。在计算中将低转速下不同的级特性曲线分别应用于压气机各级,建立每一级的性能计算模块;在合理假设的基础上,根据动叶速度三角形推导出压气机入口可调静叶(IGV)角度变化对压气机性能的影响;引入气体动力学函数和变比热计算公式,简化了计算,提高了模型精度。算例表明,本模型具有一定的适用性,基本上反映出压气机的全工况特性,较准确地体现了IGV调节对整台压气机性能的影响,为开发现代大型燃气轮机动态仿真模型提供较可靠的压气机性能计算数据。     

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.     

给定轴分速时轴流压气机级性能的解析优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究,导出了轴流压气机基元级的特性关系,建立了在给定轴向分速时最优化设计的数学模型,得到了解析关系,所得结论具有很好的普适性,并可进一步拓广用于多级轴流压气机优化中。     

多级压气机快速三维数值模拟

发展了一套用于多级轴流式压气机的快速三维计算程序。对某涡扇发动机风扇/增压级算例的计算结果显示,本程序能够快速的模拟复杂结构压气机内的流动,并得到变工况的特性参数。但在激波捕捉上有一定的偏差,因此在高跨音速或超音速情况下,计算结果不是很准确。     

The effect of variable stator on performance of a highly loaded tandem axial flow compressor stage

Increasing the aerodynamic load on compressor blades helps to obtain a higher pressure ratio in lower rotational speeds.Considering the high aerodynamic load effects and structural concerns in the design process,it is possible to obtain higher pressure ratios compared to conventional compressors.However,it must be noted that imposing higher aerodynamic loads results in higher loss coefficients and deteriorates the overall performance.To avoid the loss increase,the boundary layer quality must be studied carefully over the blade suction surface.Employment of advanced shaped airfoils (like CDAs),slotted blades or other boundary layer control methods has helped the designers to use higher aerodynamic loads on compressor blades.Tandem cascade is a passive boundary layer control method,which is based on using the flow momentum to control the boundary layer on the suction surface and also to avoid the probable separation caused by higher aerodynamic loads.In fact,the front pressure side flow momentum helps to compensate the positive pressure gradient over the aft blade's suction side.Also,in comparison to the single blade stators,tandem variable stators have more degrees of freedom,and this issue increases the possibility of finding enhanced conditions in the compressor off-design performance.In the current study,a 3D design procedure for an axial flow tandem compressor stage has been applied to design a highly loaded stage.Following,this design is numerically investigated using a CFD code and the stage characteristic map is reported.Also,the effect of various stator stagger angles on the compressor performance and especially on the compressor surge margin has been discussed.To validate the CFD method,another known compressor stage is presented and its performance is numerically investigated and the results are compared with available experimental results.     

Application of high-turning bowed compressor stator to redesign of highly loaded fan stage

A redesign of a highly loaded fan stage by using high-turning bowed compressor stator was conducted. The original tandem stator was replaced by the highly loaded bowed stator which was applicable to highly subsonic flow conditions. 3D contouring technique and local modification of blade were applied to the design of the bowed blade in order to improve the aerodynamic performance and the matching of the rotor and stator blade rows. Performance curves at different rotating speeds and performances at different operating points for both the original fan stage and redesigned fan stage were obtained by numerical simulations. The results show that the highly loaded bowed stator can be used not only to improve the structure and the aerodynamic performances at various operating points of the compressor stage but also to provide high performances at off-design conditions. It is believed that the highly loaded bowed stator can advance the design of high-performance compressor.     

基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法

从压气机特性计算统计法的基本思想出发,对多台轴流压气机喘振试验数据进行了整理分析,总结了同类型压气机喘振边界上参数变化的一般规律,在此基础上,将压气机设计转速下的喘振参数与其非设计转速下的喘振参数进行相互关联,提出了一种基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法.通过与试验结果的详细对比.表明本文所建立的经验方法能够...     

一维多级轴流压气机性能的解析优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究，导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定轴向分速时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。