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...     

压气机叶型出气边厚度修正及气动性能的比较验证

采用Bezier曲线分段拟合NACA-65叶型的厚度分布,得到光滑的压气机叶型厚度分布曲线,并用于修改叶型出气边厚度,解决了局部点坐标修改造成的型线锯齿的问题。用数值模拟的方法对出气边厚度增加前后叶型的气动性能进行了比较,结果表明,适当地增加出气边厚度基本不会改变叶型表面的压力分布,对平均气流转折角的影响也很小。尾迹区有所增大,流道扩压能力有所降低。阻力系数增加,升力系数降低。     

基于NURBS曲线的高亚音速压气机叶型参数化建模方法研究

具有良好灵活性的高精度叶型参数化建模方法对于压气机叶型设计和优化具有重要影响。本文研究了一种基于非有理B样条曲线理论(NURBS)曲线组和遗传算法的轴流压气机叶片参数化建模方法。该方法基于中弧线厚度叠加法,采用两条三次七点NURBS曲线分别构造中弧线形状和厚度分布,前尾缘采用双二次NURBS曲线,通过多段曲线光滑拼接实现叶片造型。以压气机型线方差值最小作为目标函数,利用遗传算法实现了叶型的参数化建模。通过数值模拟实验证明,本文提出的参数化造型方法适用于高亚音速压气机叶型的参数化建模。     

尾缘厚度对风力机翼型气动特性影响参数化研究

该文拟从气动性能角度考察钝尾缘厚度对风力机翼型气动特性的影响.采用美国NREL带有试验数据的风力机专用翼型S814和S827,通过XFOIL软件对翼型尾缘厚度参数化处理.在最大厚度、弯度和弦宽不变的条件下,尾缘厚度相对于弦长在0.5%～5.0%范围变化.数值计算分析认为,尾缘厚度在一定范围增大时,翼型升力系数有明显提升,同时阻力系数也持续增大,升阻比则呈先增后降趋势,研究翼型尾缘厚度在1.5%(相对弦长)附近其升力系数和升阻比同时达到最佳.研究结论可供风力机叶片设计时量化参考.     

叶顶间隙对跨音速离心压气机气动性能影响分析

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。     

跨声速串列转子叶型流动特性分析

串列叶片技术可以突破常规压气机叶片的负荷极限,因此成为下一代高负荷压气机设计技术的研究热点。为了拓展串列叶片的使用范围,采用数值模拟的方法对跨声速串列转子叶型（来流马赫数1.2）流动特性及前排叶片尾迹发展演化规律展开研究。得出结论：全工况范围内,前排叶片总压损失占比超过50%,前排叶片激波系结构的优化设计是影响串列叶型性能的关键因素;随着出口背压提高,前排叶片尾迹厚度先增加后减小,导致尾迹厚度不同的根本原因是流出前排叶片通道时尾迹的初始速度亏损不同,后排叶片通道的扩压对初始速度亏损有进一步的放大作用。     

新型变几何导叶试验研究

本文通过一系列平面叶栅试验,得出轴流压气机可变尾缘进口导叶的气动特性。该特性优于可转导叶的特性,损失系数小于可转导叶。提出变尾缘叶栅几何参数选取原则及其最佳值范围。按最佳参数构成的这种叶栅,气流转折角和损失系数很接近常规大弯度光滑叶型的数值,宜代替可转导叶作为压气机进口导叶。试验结果可直接应用于设计。     

超高负荷吸附式压气机叶栅气动性能分析

采用数值模拟研究了低速条件下附面层吸除对某超高负荷压气机叶栅气动性能的影响,分析了叶栅出口总压损失、扩压因子和气流角的沿叶高的分布,并给出了吸力面极限流线及型面静压.结果表明,附面层吸除可有效改善叶栅气动性能,低能流体被吸除使得吸力面及角区的分离减小,增大了通流能力,叶栅负荷及扩压能力得到提升,且吸气量越大改善越显著,在60%轴向弦长位置吸气效果最佳;吸气位置对吸气效果的影响要大于吸气量,适当增加吸气量可增强吸气效果,最佳吸气位置及吸气量的选定与扩压过程及栅内分离程度相关.     

零间隙压气机失稳机理的全通道数值模拟研究

为了探究零间隙压气机流动失稳机理,采用全通道非定常数值模拟方法研究了一台零间隙斜流压气 机转子的失稳机理,数值模拟过程中在转子出口施加了随时间动态变化的背压模拟压气机转子节流,非定常 数值计算结果表明零间隙斜流压气机转子仍然表现为典型突尖流动失稳特征。通过详细地分析斜流压气机 转子节流过程中不同阀系数对应的压气机内部流场结构,结果表明:尽管零间隙斜流压气机无叶顶泄漏特 征,但随着对压气机节流,转子叶片尾缘率先出现流动分离,进一步节流,尾缘流动分离表现为一方面在周向 范围加剧,另一方面分离点逐渐向上游移动,造成通道严重堵塞,最终引发相邻叶片通道尾缘回流和叶片前 缘流动溢出进而诱发叶片通道内部出现径向涡结构,从而形成压气机突尖失速先兆。     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

钝尾缘翼型三维特性研究

采用基于雷诺平均的流体力学计算方法,分别对100 k W钝尾缘风力机、钝尾缘翼型及对应的尖尾缘风力机和翼型进行数值模拟研究,利用反BEM方法从旋转叶片计算结果中获得翼型的三维流场信息。研究结果表明,钝尾缘翼型应用于叶片内侧,其气动性能优于相同厚度的尖尾缘翼型,叶片根部存在明显的展向流动,与旋转导致的边界层方程中的对流项、科氏力项及离心力项直接相关,是造成钝尾缘翼型三维气动特性明显有别于二维的原因,此差异还与翼型展向位置、攻角关系密切。     

某型轴流压气机高压第16级叶型气动特性的试验研究

采用环形亚声速风洞气动参数测量试验方法,研究了某型轴流压气机高压第16级动、静叶型的变攻角特性。试验结果表明,对于扩压叶型,沿压力边和吸力边的流动都是先快速膨胀后扩压,扩压占流程的绝大部分,相对压力边,吸力边扩压流程长,梯度大,吸力边是叶型损失源;在相同攻角下,叶型损失正比于叶型的几何折转角,因为在试验攻角变化范围内,叶型的落后角可忽略不计。     

层流压气机叶片设计中的关键问题

层流压气机叶片是一种为使通流部分尽可能保持更大范围层流状态而设计的叶片。它能显著提高压气机的气动效率与变工况性能。这种叶片具有最大厚度位置靠后,前缘半径较小,吸力面表面比较平坦等特点。本文通过对主要相关文献的回顾,归纳出层流压气机叶片需要解决的关键基础问题,提出叶型的气动性能与叶片型线一阶导数、二阶导数分布的不连续程度密切相关的观点。建议在不同雷诺数、不同马赫数区域(超音区、亚音区及激波处)及不同压力梯度(顺压区、逆压区)条件下,研究叶片气动性能对叶片型线一阶导数、二阶导数分布的不连续程度的敏感性,找出他们之间的客观规律,为层流压气机叶片的设计、制造及性能预估过程中解决型线离散的偏差问题提供基本准则。     

尾缘厚度对涡轮叶栅流场的影响

现代汽轮机叶片的制造对尾缘厚度的要求非常苛刻,为了研究尾缘厚度对平面叶栅气动性能的影响,本文采用数值计算的方法对某现有的静叶和动叶叶栅,及在原始叶型的基础上将尾缘的厚度增加50%和200%的两对改进叶栅,进行了详细地分析。计算结果表明,随着尾缘厚度的增加,叶片通流面积沿流动方向的收敛程度略微减少,在前缘附近载荷减小,相当于载荷后移,同时尾迹宽度相应的增加,叶栅出口流动角度减小,叶栅损失增加。研究结果对理解和掌握尾缘厚度对涡轮叶栅流场的影响具有重要参考意义。     

加装钝尾缘改善风力机桨叶气动性能的研究

对 NACA4412 翼型流场进行了数值模拟,发现在翼型尾部上表面存在一对方向相反交替脱落的漩涡.为了改善叶片的空气动力特性,在叶型尾部加装 Gurney 襟翼,并进一步改进为钝尾缘的叶型.研究结果表明:钝尾缘翼型尾部漩涡消失,升力系数增大,且在翼型失速前升力系数增大较为明显,阻力系数稍有增加,气动性能明显好于原翼型.基于改进前后翼型对风力机桨叶进行了优化设计,分析比较了两种翼型风力机的功率输出特性.结论:在相同功率下,具有钝尾缘翼型的风力机桨叶弦长相对较小,桨叶的扭角相近;在风力机工作风速范围内,改进翼型的风力机功率和功率系数都有所增加,尤其是在低风速段提高较明显,启动风速功率增量达到了30.5%;钝尾缘翼型风力机性能明显优于原翼型的风力机,年输出功率提高了7.69%.     

基于目标压力分布的压气机叶型黏性反问题设计方法

以叶型表面压力残差修正和N-S方程数值求解为基础,发展了基于目标压力分布的压气机叶型黏性反问题设计方法。该方法不仅适用于吸力面和压力面局部修正的反设计,同时可对包含前缘和尾缘的吸力面和压力面整体叶型进行反设计修正。某CDA动叶叶型的反设计结果显示,该方法基本还原了原始叶型的几何型线和气动性能;对叶型整体反设计,在前缘、尾缘附近得到了相对光滑的压力分布。对所采用的压力残差修正方法,其对透平叶栅和压气机叶栅反设计的有效性和适用性均得到了证实,表明该方法具有良好的通用性。     

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%。     

叶片前缘不同后掠角对离心压气机气动性能的影响

采用全三维气动设计技术,设计了4种具有掠角叶片和带翼型叶片扩压器的涡轮增压跨音速离心压气机,并采用数值模拟手段研究了叶片前缘不同后掠角对压气机内部工质流动的影响。研究结果表明:主叶片前缘不同后掠角会使压气机堵塞流量(堵塞工况下的工质流量)增加,提高压气机流通能力,同时,可以有效改善通道内低能流团的分布;但由于主叶片轴向弦长缩短,会造成喘振裕度的减少,以及主叶片前缘脱体激波角增大和槽道激波的增强;对截面二次流分析结果表明:叶片前缘的后掠角对二次流的影响主要表现在叶轮进口附近,对出口影响不大。对比不同前缘后掠角压气机内部流动情况发现,掠角越小,叶片叶顶负荷越小,叶片表面压差也越小,流动越稳定;掠角越大,虽然叶轮通道上游产生的激波越强烈,但是可以明显改善通道下游气流流动情况。     

变几何平面叶栅数值模拟

使用CFD软件NUMECA对变几何平面叶栅三维流场进行了数值模拟。分析在不同叶片安装角下,叶片表面静压系数、出口总压损失系数和出口气流角的变化规律。结果表明：在叶栅转角范围内,随着安装角的增大,沿叶型表面气流的扩压段显著增加,叶栅出口气流角也会随之增大,而叶栅总损失不断减小,其中,叶型损失先减小后增大,叶顶间隙泄漏损失和端部二次流损失都是减小的。     

改变开孔位置对风扇叶片气动特性的影响

基于从叶片压力面到吸力面开孔射流可以延缓吸力面尾缘气流分离的思想,以NASA67风扇叶片为原型进行开孔设计,通过数值模拟分析了开孔射流对该风扇叶片的流动特性、性能和稳定性的影响。结果表明经开孔射流处理能有效改善叶片吸力面尾缘的流动特性,从而提高压气机性能和稳定工作范围,同时合理地选取开孔位置可以进一步有效地发挥开孔射流的作用,从而更好地改善压气机性能。