高负荷氦气压气机矩形叶栅流动分离特性

针对高负荷氦气压气机叶栅流动分离问题,以某高负荷氦气矩形叶栅为研究对象,采用SST湍流模型加γ-Reθ转捩模型进行了数值模拟。分析了不同负荷、弯角及弯高的高负荷氦气压气机矩形叶栅的流动分离结构和特性。研究结果表明,马蹄涡压力面分支是矩形叶栅角区集中脱落涡和壁角涡形成的主要原因;随着攻角和负荷的增加,叶栅吸力面的分离形式由开式分离向闭式分离转化;而采用恰当的弯高和弯角可以有效抑制流动分离,改善高负荷氦气压气机端部流动状况,减小流动损失。     

氦压气机转子叶顶间隙结构研究

为了解决高负荷设计方法导致高负荷氦气压气机叶顶泄漏问题,本文采用数值模拟的方法,对氦压气机转子叶顶间隙泄漏涡形成机理、转子上端壁间隙结构控制机理及其对叶顶间隙泄漏涡的控制作用进行了研究。结果表明:氦压气机转子叶顶前缘单侧槽对叶顶间隙泄漏损失的控制效果最为明显;槽的坡度为30°时,氦压气机转子的性能改善幅度最大;叶顶间隙越大,叶顶前缘单侧槽的有效性越强,当叶顶间隙为1 mm时,能够使压气机转子的绝热效率提高0. 15%。该研究能有效控制叶顶间隙泄漏损失,提高压气机设计点性能。     

二级增压系统中高压级压气机性能研究

为使高低两级压气机达到优化匹配,提高整个二级增压系统的效率,在二级增压系统试验台架上对高压级压气机的性能进行了研究。通过在增压系统中,使新鲜空气首先通过低压级压气机进行预压缩,提高其温度和压力,从而得到高压级压气机的高温高压进口条件。在两级压气机之间设置中冷器,使每一条等转速曲线,高压级压气机进口温度保持不变。试验结果表明,由于进口温度提高,压气机折合转速与实际转速相差较大,为达到预定压比,必须进一步提高压气机转速;进口压力大幅度提高是造成高压级压气机折合流量偏小的主要原因;为避免高压级压气机发生喘振,应控制高压级压气机的进口压力。     

高温气冷堆HTGR-10能量转换单元中压气机气动性能试验研究

氦气轴流式压气机作为高温气冷堆能量转换单元的关键部件之一,其性能直接影响系统的发电性能.HTGR-10采用Brayton直接循环系统进行能量转换,它的特点是透平压气机与系统的其他设备密封于同一单元内,保证了良好的安全性.对于系统整体设计来说,准确地估算压气机气动性能,稳定性边界和运行性能是很重要的,因此针对HTGR-10氦压气机的设计方案,建立了完整的实验装置系统,并且在不同操作压力、转速下分别得到了氦气和空气作为工质时的压气机特性曲线.最后,对于用空气代替氦气作为工质进行实验做了对比分析,研究了通过相似模拟方法用压气机的空气实验数据设计氦气压气机可行性和有效性.对比试验结果表明相似模拟的准确性很高.     

基于改进型动量BP神经网络算法的风扇叶片性能优化研究

为探索叶片优化设计的新途径,获得具有更高气动性能的各类叶片,使用了一种改进型变学习率动量BP神经网络算法和非均匀有理B样条函数法相结合的方法,对某风扇压气机的第2级转子叶片特别是针对其根部基元级进行了气动优化改型设计;通过对转子叶片和整个风扇压气机优化设计前后气动性能的对比分析,表明该优化设计方法确实可行,能够改善转子叶片以及整个风扇压气机的气动性能,使整机的效率和压比分别增长了0.379 4%以及0.225 4%,达到了优化的目的。     

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。     

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。     

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。     

周向总压畸变在轴流压气机中的传递特性预测新模型

基于轴流压气机分级级特性，建立了一种预测周向总压畸变沿轴流压气机传递的级矩阵分析新模型。应用新模型于2个轴流压气机算例，对其进口总压畸变传递特性进行了详细的数值分析，新模型预测的总压、总温及气流角的周向分布与叶排特性模型结果比较表明，新模型和采用的方法合理、可行。新模型计算结果表明，随着压气机工作点向不稳定边界移动，压气机级出口的总压畸变衰减程度明显降低，并且其级出口周向总温分布不再与转子进口绝对流动角周向分布相对应，其级进口绝对流动角减小、攻角增大，这主要与压气机级特性分布规律变化有关，显然这对压气机性能及稳定工作范围产生不利影响。     

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。     

Development and application of a throughflow method for high-loaded axial flow compressors

In this paper, a novel engineering platform for throughflow analysis based on streamline curvature approach is developed for the research of a 5-stage compressor. The method includes several types of improved loss and deviation angle models, which are combined with the authors’ adjustments for the purpose of reflecting the influences of three-dimensional internal flow in high-loaded multistage compressors with higher accuracy. In order to validate the reliability and robustness of the method, a series of test cases, including a subsonic compressor P&W 3S1, a transonic rotor NASA Rotor 1B and especially an advanced high pressure core compressor GE E³ HPC, are conducted. Then the computation procedure is applied to the research of a 5-stage compressor which is designed for developing an industrial gas turbine. The overall performance and aerodynamic configuration predicted by the procedure, both at design- and part-speed conditions, are analyzed and compared with experimental results, which show a good agreement. Further discussion regarding the universality of the method compared with CFD is made afterwards. The throughflow method is verified as a reliable and convenient tool for aerodynamic design and performance prediction of modern high-loaded compressors. This method is also qualified for use in the further optimization of the 5-stage compressor.     

轴流压气机特性预测

对某一预测压气机性能的算法进行了分析研究。该算法是基于20多台压气机数据综合分析得出的一系列半经验公式和修正系数，并结合压气机几何参数来预测压气机性能。在对原算法进行深入分析的基础上，对分解单级特性的算法提出了改进方案。为验证改进方案的可行性和适用性，对2台多级轴流压气机性能进行了计算。结果表明，分解单级特性的改进方案是可行的。     

某型汽轮机调节级气动特性数值研究

对采用寇蒂斯级设计思想、具有局部进气的汽轮机复速级进行了三维整级数值模拟,分析了设计工况下该复速级的流动特点.计算结果表明,气流流出复速级喷嘴后,每个喷嘴组边界流体的散射作用不强烈,在边界上基本只影响了附近的一个叶栅流道,流动的主体方向沿着轴向进行;当级的压比较大,流动达到超音速时,每个喷嘴组出口流动沿周向的不均匀性非常严重,交替出现尾迹低速区和主流低压区,使喷嘴区域内处于不同位置的动叶片受力状态发生较大变化;超音速喷嘴出现的过膨胀低压区,压力在整个级内是最低的,会加剧动叶流道的非定常流动效应.     

利用轴向力预测离心压缩机的级密封状态

根据离心压缩机转子所承受的、可实时监测的轴向力与级密封间隙的关系,提出了基于轴向力的离心压缩机级密封状态的预测方法.在分析叶轮两侧缝隙内泄漏气体流动的基础上,采用计算流体动力学方法对其进行仿真,得到轮盘及轮盖上的压力分布,由此计算出轴向力.把不同级密封间隙值及对应的轴向力作为输出、输入向量,对BP神经网络进行训练,以获得在线状态预测模型.测试结果表明,该模型对离心压缩机级密封的状态预测是有效的.     

基于轴向力的离心压缩机级密封的状态预测方法

本文讨论离心压缩机级密封状态的评估问题。根据离心压缩机转子所承受的、可实时监测的轴向力与级密封间隙的关系,提出了基于轴向力的离心压缩机级密封状态的预测方法。在分析叶轮两侧缝隙内泄漏气体流动的基础上,采用计算流体动力学方法对其进行仿真,得到轮盘及轮盖上的压力分布,由此计算出轴向力。把不同级密封间隙值及对应的轴向力作为输出、输入向量,对BP神经网络进行训练,以获得在线状态评估模型。测试结果表明,该模型对离心压缩机级密封的状态预测方法是有效的。     

斜盘压缩机两级压缩与单级压缩综合性能比较

讨论了大型压缩机中广泛应用的分级压缩在小型斜盘压缩机中的应用，采用MATLAB程序得出活塞受力规律，计算一个热力循环过程中的压-焙值变化大小，从动力性能、制冷功率消耗等方面对斜盘压缩机两级压缩与单级压缩进行比较，得出两级压缩比单级压缩受力更小、节省功耗，从而得出两级压缩具有更好的综合性能的结论．     

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。     

Investigation into the Interaction of Centrifugal Compressor Impeller and Vaneless Diffuser

Theinteractionofcentrifugalcompressorim pelleranddiffusertakesgreateffectontheperfor manceofcentrifugalcompressor.Researchresults showthatwhentheairflowoutoftheimpellerflows throughthediffuser,theefficiencyofthecompressor maydecreaseby10%orso.Soitcanbeofg…