轴流压气机径向间隙变化的考虑

据《ЗHeprerИKa》2007年1～3月号报道，建造现代高效的轴流压气机必须与提高它们的可靠性和改进其气动力性能有关，而其关键技术之一是使转子叶片与静子部件之间径向间隙区域内的漏泄减到最少。该间隙越小，漏泄就越少，效率就越高。     

叶顶间隙对压气机气动性能影响的数值研究

叶顶间隙影响着轴流式压气机性能的提高,通过三维定常数值模拟计算研究了压气机动叶顶部间隙尺寸对其总体性能、间隙流场参数以及流场损失分布的影响。研究发现:间隙尺寸增大对压气机总体性能影响显著,间隙尺寸的增大改变了动叶叶栅通道上部的流场结构,并影响该区域熵增分布,随着间隙增大该区域熵增变大,间隙较大时,该区域熵增速度加快,同时间隙尺寸的增大导致下一排静叶的进气条件恶化,使得压气机整级做功能力下降。所得结论可为压气机叶顶间隙高度控制提供理论参考。     

轴流压气机非轴对称轮毂造型对间隙流控制研究

对带静子间隙的单级轴流压气机进行了全三维数值模拟,流场分析表明静子间隙泄漏流在通道端壁区引起较大的流动分离。为控制流动损失,对静子轮毂进行了非轴对称造型,造型后的压气机总性能得到改善。流场分析表明:非轴对称端壁造型改变了壁面静压分布,改善了间隙泄漏流在通道内的流动结构,消除了通道出口处的回流损失区,使压气机总压比增加,等熵效率提高0.9%。     

倒角和间隙对跨音轴流压气机气动性能的影响

通过对一单级跨音速轴流压气机的流场进行数值模拟,研究了动叶根部倒角以及顶部间隙对流场气动性能的影响.结果表明:动叶叶顶间隙会造成顶部区域的通流阻塞并加重顶部分离损失,根部倒角会减小根部的气流折转角,降低做功能力,而且扩大根部分离区,减小根部流量,增大根部分离损失,因此为了提高数值模拟的准确性应考虑动叶叶顶间隙和根部倒角.     

叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律,以NASA的Rotor67转子为研究对象,采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征,进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片,有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力,进而抑制了尾缘附近的分离现象,使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束,重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布,并减小了尖区的入口轴向速度,直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱,并诱发相对更强的间隙泄漏流,从而使得跨音转子提前发生失速,压气机工作裕度降低了19%以上。     

跨声速轴流压气机失速机理探究及失速过程的模态分解

为研究跨声速轴流压气机的失速机理,结合节流阀模型对跨声速轴流压气机NASA Rotor 35转子进行多流道数值模拟。为进一步探究跨声速轴流压气机在整个失速过程中流场的变化特征,应用本征正交分解(POD)方法对失速过程中叶顶区域的流场进行分析。结果表明:失速起始于叶片顶部区域,逐渐发展为失速团,并以低于转子转速作同轴同方向旋转;通过对比不同时刻的流场特征,前缘溢流在整个失速发展过程中始终存在,可作为流场开始出现恶化的判断依据;识别出失速过程中流场中存在的大尺度流动扰动结构。     

增压器压气机叶顶间隙对柴油机性能的影响

基于两种不同压气机叶顶间隙,研究叶顶间隙对压气机效率、压比等增压器性能参数以及动力经济性、常规气态物排放、进排气情况等柴油机性能参数的影响。结果表明:相同工况下,小叶顶间隙压气机的效率比大叶顶间隙压气机高约3%且高效区域范围更大。装有小叶顶间隙压气机时进气流量增幅达6%;进气中冷后温度有所降低,最大降幅为19%;发动机动力输出增幅达2%;NOx体积排放量减少,最大降幅为15%;THC体积排放量增加,最大增幅为100%。叶顶间隙对CO排放、CO2排放、发动机排气背压及比油耗基本无影响。     

高负荷多级轴流压气机数值仿真的 转静交界面模型研究

针对总压比20以上的某10级轴流压气机,使用一维无反射和通量守恒两类转静交界面模型进行单 通道定常数值仿真,并与试验结果对比,从交界面的守恒和无反射两方面特性分析对计算结果的影响及其机 理。结果表明:一维无反射交界面可有效消除激波反射,但无法保证交界面守恒性;对于本文研究对象,设计 点流量、峰值效率和最高压比分别偏高5%、2.6%和4% ;转静交界面通量不守恒导致的误差,会随着级数增 加而累加。通量守恒交界面虽然存在激波反射等误差,但仍可求出与试验形状接近的性能曲线,除流量偏高 3%,其余主要指标均与试验吻合。因此,计算中需综合考虑压气机的级数、负荷水平和反动度、叶尖间隙、激 波的形状和强度、超跨音叶片前缘与交界面的距离,以选择合适的交界面模型。     

叶顶间隙对压气机性能的影响

对某多级轴流压气机的其中两级的内部流场进行了全三维的CFD数值模拟,模拟结果与设计的级间参数比较吻合.通过对0.5倍设计间隙、1倍设计间隙和2倍设计间隙3个不同间隙的模拟结果的比较,探讨了间隙的大小对多级压气机总体性能的影响;通过内部流场的详细分析,揭示了间隙泄漏损失的特征.     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

跨音轴流压气机动叶的三维弯掠设计研究

对一单级跨音轴流压气机中的动叶分别进行了前掠和正弯设计的参数研究,并根据研究得到的弯、掠动叶气动性能变化规律对动叶进行了前掠和正弯联合的三维设计,同时对动叶中部截面的叶型进行了二维设计以弥补弯掠动叶中部性能的降低.最终设计的跨音级性能显著提高,级最大效率提高3%,失速裕度提高40%,同时压比有所增加.数值计算结果表明,前掠和正弯叶片都可以使叶顶激波位置移向下游,降低激波强度,减轻叶顶激波与边界层和泄漏涡的作用.弯掠动叶控制激波强度和端壁流动的能力更加突出.     

机匣处理对轴流式压气机性能的影响

本文介绍了均匀流场下实壁机匣和带机匣处理的单级和多级压气机的试验结果,分析了几种机匣处理结构改进失速裕度可能的机理。探讨了带机匣处理的单级和多级压气机失速裕度改进量存在差别的原因,为采用机匣处理扩大稳定工作范围提出了一些有意义的建议。     

多级轴流压气机模化设计中尺寸缩放对气动性能影响的数值研究

为了研究几何尺寸模化缩放及叶尖间隙对多级轴流压气机气动性能及内部流动的影响,采用Numeca程序对17级轴流压气机开展了数值计算。结果表明：在80%及100%等高转速条件下压气机效率随着模化比例增大而增大,而在50%转速下模化缩放对压气机效率的影响较小。相对于原型压气机,模化放大时,压气机前8级单级压比均有所降低,而后8级压比均提高;模化缩小时,压气机的变化规律则相反。随着压气机几何尺寸的增大,静叶叶根和叶尖区域的总压恢复系数显著提高。同时,叶片叶尖泄漏流区域的熵增减少,从而使各级效率均有所提升。缩放模化中,随着叶尖间隙的增大,泄漏流增多,恶化了动叶叶尖附近的流动分离,降低了动叶后50%弦长区域的相对马赫数,同时扩大了静叶上端壁的流动分离,使压气机效率降低。     

多级轴流压气机吸雨性能变化的数值研究

为了研究吸雨对轴流压气机性能和稳定性的影响,以某型三级轴流压气机为研究对象,利用CFD软件针对不同吸雨量及雨滴颗粒直径进行了两相流数值模拟。研究结果发现：雨水的吸入会不同程度地降低压气机的总压比、总温比及效率等性能参数,在相同吸雨量的情况下雨滴颗粒的直径变化对压气机性能影响较小,而性能的恶化程度会随着吸雨量的增大而大幅度增大;雨水的吸入会影响压气机的气动参数,影响各级间的性能匹配,雨水的吸入会不同程度上改变各级的进口气流角,对后两级的影响较大;雨水吸入使动叶叶根处的反动度变小,叶顶处的反动度变大,从而改变各级间动静叶的负荷分配,降低压气机的效率。     

叶顶微射流对小型高负荷离心压气机性能及流场结构的影响

以某小型高速离心压气机为研究对象,采用数值方法研究了微射流对压气机性能和叶轮叶顶流场结构的影响。研究结果表明：射流为1%设计流量时,失速裕度能够提高3.12%,稳定工作范围拓宽28.17%;在设计点,原型离心压气机叶顶来流马赫数达1.8以上,叶顶存在复杂激波/间隙泄漏流干扰,工作稳定性较差,微射流改变了“λ”状的激波结构,使前缘激波的强度减弱,后掠角度减小,并且降低了叶顶的负荷水平;微射流能够抑制间隙泄漏流的周向运动,并削弱激波/间隙泄漏流之间的相互作用,间隙泄漏涡不易发生破裂、溃散,极大增强了压气机工作的稳定性。     

轴流压气机缩尺模化比例与性能关联研究

通过数值模拟对Stage35和某3.5级轴流压气机进行了缩尺模化,在保证相对叶尖间隙相同条件下研究不同缩尺比例的雷诺数效应,并通过3个典型雷诺数修正公式,对各缩尺条件下的单级和多级压气机性能进行预测。结果表明:随着缩尺比例减小,压气机特性线向左下方移动,在小缩尺比例下性能恶化程度增加。对于峰值效率和其对应的相对流量,Stage35在0.5缩尺比下较原型分别下降了0.95%和0.34%,在0.1缩尺比下分别下降5.75%和2.32%;3.5级轴流压气机在0.5缩尺比下较原型分别下降0.79%和0.22%,在0.1缩尺比下分别下降3.2%和1.2%。DietmannCasey修正公式对轴流压机性能预测的精确度较高且适用性强,对于单级和多级均有良好的修正效果,当缩尺比例大于0.2时,相对修正误差均小于1%。     

熔盐泵空间导叶与叶轮的径向安装间隙对泵性能影响研究

为了探究空间导叶和叶轮之间的径向安装间隙对泵性能影响规律,选择某VS1型太阳能高温熔盐泵首级部分作为研究对象,在其他几何参数不变的前提下,以原导叶和叶轮径向间隙值为基础,通过沿径向逐次改变导叶进口和叶轮之间的相对位置,共设计了6组不同间隙下的导叶-叶轮组合方案,基于CFD方法对6种间隙方案(1.5～6.5 mm),进行了全流场数值模拟,并试验验证了数值算法的可靠性。研究表明：导叶与叶轮径向安装间隙对泵扬程和效率在不同工况下的影响具有显著差异性,存在较优间隙使泵性能整体最佳,间隙过大、过小时都会致使其性能劣化;与原间隙2.5 mm时相比,合适的间隙可使叶轮出口和腔体间隙处的主频压力脉动幅值分别降低20.6%和36.4%,泵内介质流动稳定性提升;导叶内流道压力梯度和腔体涡核心分布随间隙改变呈不同变化态势,间隙为4.5 mm时,导叶内流道压力梯度变化更为均匀有序,腔体内涡的范围和强度较其它方案削弱明显,泵内流态最优。     

来流预旋对离心压缩机级间部件性能的影响

利用CFD技术,重点研究了来流周向预旋对多级离心压缩机级间弯道与回流叶栅等静止部件内气动性能的影响.结果表明:弯道内均存在不同程度的流动分离,且分离区的大小随来流周向预旋的增强而增大;降低来流周向预旋能有效地抑制弯道内流动分离,并能使弯道出口(即回流叶栅进口)气流更趋于均匀,这有助于提高回流叶栅的气动性能;回流叶栅内的流动是非均匀、不稳定、剧烈分离的旋涡流动,沿主流方向存在着复杂的二次涡结构,这些二次流旋涡随主流经历着明显的"初生、发展、耗散、溃灭"的过程.