轴流压气机叶顶喷气扩稳机理试验研究

轴流压气机叶顶喷气已经被证实能够有效拓宽压气机的失稳裕度。在一台低速单转子轴流压气机上进行叶顶喷气试验研究,采用喷气动量比作为衡量失速裕度改善的指标,并通过改变叶顶间隙和喷气角度对不同喷气量的扩稳效果进行分析,试验中发现随着叶顶喷气动量比的增加,压气机失速裕度的变化会出现两个拐点,即存在两个喷气动量比分界点,并将喷气动量比分界点前后的三个阶段对应的喷气量分别定义为微喷气,大喷气和超大喷气。通过试验测量压气机进出口气动参数以及壁面动态压力信号对喷气动量比分界点前后叶顶喷气扩稳机理进行详细的分析。试验分析结果表明:微喷气扩稳仅仅是因其能够减弱叶顶间隙泄漏涡和叶顶间隙泄漏流非定常性;大喷气则能够同时减小进口气流攻角,推迟叶片吸力面分离和抑制叶顶间隙泄漏涡,推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生;超大喷气虽能够推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生,但喷气的影响区域已严重向叶片通道内部转移,甚至影响了压气机的做功能力。     

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的数值分析

为研究围带对汽轮机叶顶间隙泄漏流的影响,以某汽轮机级为研究对象,采用?-?SST湍流模型、结构化网格,对无围带及有围带动叶顶部的间隙泄漏流动进行数值模拟,分析间隙流和泄漏涡的形成、发展及其对汽轮机性能的影响。结果表明,无围带时,叶顶间隙泄漏流在叶顶前缘形成顺时针的漩涡,在吸力面附近和尾缘出口形成顺时针的泄漏涡;沿着轴向流动距离的增加,泄漏涡的影响范围逐渐变大。有围带时,叶顶间隙泄漏流在叶顶尾缘附近形成逆时针的泄漏涡。但无论有无围带,与泄漏涡对应的通道涡的旋向都和泄漏涡相反。随着叶顶部间隙的增加,有围带和无围带时的泄漏涡强度都变大,总压损失系数都增加。当叶顶间隙相同时,靠近叶顶处约80%叶高以上的区域内,有围带叶栅出口截面上的总压损失系数均小于无围带叶栅出口截面上相应位置的总压损失系数。     

机匣运动下不同叶顶涡轮叶栅气热性能研究

燃气涡轮动叶叶顶结构对跨叶顶的间隙泄漏和叶顶传热性能有着重要影响。采用实验和数值模拟方法对比研究了平顶、凹槽和拓扑优化3种不同叶顶结构的涡轮叶栅气动和叶顶传热性能。实验中,采用旋转的大转盘模拟机匣平移运动。实验结果表明：在大转盘旋转条件下,相比于平顶叶栅,凹槽叶顶实验得到的平均换热系数降低了19.07%,拓扑优化叶顶下降了1.53%。数值模拟结果显示,从叶顶压力面至吸力面“上凸-下凹-上凸”的拓扑优化结构有效地减小了超音速区域,凹槽叶顶在凹槽内的流体均以亚音速流动,相比于平顶叶栅,凹槽叶顶和拓扑优化叶顶叶栅出口质量平均总压损失系数分别减少5.38%和5.44%。     

对旋轴流风机叶顶形态对其性能的影响

为了探究改变叶顶结构对风机性能的影响，采用Fluent对不同叶顶形态的对旋轴流风机性能进行数值模拟。分析了不同叶顶形态对风机效率、全压、叶顶泄漏流和泄漏涡的影响。结果表明：风机效率随叶顶开槽长度的增加而增大。在开槽长度和深度相同时，与第一级叶轮相比，改变第二级叶轮的叶顶形态对风机性能的改善更加显著。与后缘相比，在叶顶前缘开槽对风机性能改善更大。叶顶开槽后，间隙处形成泄漏涡，且叶顶泄漏流入口处涡流强度明显提高，可有效削弱叶顶泄漏流的发展，改善风机性能。     

对旋轴流风机叶顶间隙对其性能的影响

为了探究改变对旋轴流风机两级叶轮的叶顶间隙对其性能的影响，建立不同叶顶间隙下风机三维模型，利用Fluent进行数值模拟，并结合风机性能试验验证仿真的正确性。分析压升、效率、轴功率、湍流动能和叶顶泄漏涡随两级叶轮叶顶间隙的变化情况，结果表明：在相同流量下，压升、效率随间隙的增大而减小；与第一级叶轮相比，间隙对第二级叶轮的轴功率、湍流动能及泄漏涡影响更加显著；随间隙增大，叶顶泄漏涡的强度和影响区域越大。     

低压轴流风机叶顶间隙对叶尖涡及外部性能的影响研究

基于其一动叶可调的低压轴流风机叶轮,通过对其在不同叶顶间隙下的叶顶区域进行数值模拟分析。计算结果分析表明:该轴流风机在叶顶间隙较小时虽然会出现泄漏流动,但不一定会出现泄漏涡,随着叶顶间隙的增大,泄漏流动将变得不明显,取而代之的是泄漏涡,并且泄漏涡的强度和影响区域随着间隙的增大而增大;在相同流量下,通风机的全压随着叶顶间隙的增大而减小;随着流量的降低,叶顶间隙越大,越早进入非稳定状态。     

轴流压气机转子叶顶凹槽及其改进结构研究

为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄漏流流量,但转子效率和失速裕度均有所下降,主要因为叶顶泄漏流在逆压梯度的作用下沿槽内向叶顶前缘方向流动,使前缘附近泄漏流反流程度增大,造成二次流损失及通道堵塞程度增大;凹槽深度是影响转子气动性能的主要因素。将叶顶凹槽分割开形成叶顶篦齿结构,在效率下降很小的情况下提高了转子的失速裕度;通过调整篦齿位置可进一步提高转子的气动性能;叶顶篦齿的应用存在特定的叶顶间隙范围。     

叶顶间隙对轴流风机内部流场影响的研究

基于Realizable k-ε湍流模型和 SIMPLE 算法,对某轴流式通风机在不同叶顶间隙下进行了设计工况时的数值模拟.讨论了不同叶顶间隙大小对风机性能的影响,分析了叶轮出口截面速度、压力等参数的分布以及叶顶泄漏流和泄漏涡随间隙大小的变化情况.数值结果表明,随叶顶间隙逐渐增大,风机性能不断下降;叶轮出口截面速度、总压和湍动能大小受间隙泄漏流的影响明显;泄漏涡由泄漏流与主流发生卷吸而形成,且泄漏涡会受到间隙大小的影响.     

进口总压畸变对压气机性能及流场影响的机理研究

采用全三维非定常数值方法研究进口周向总压畸变对轴流压气机转子性能及内部流场的影响,数值结果表明进口周向总压畸变后不仅降低压气机的稳定裕度,也使压气机等熵效率减少。通过详细地分析压气机内部流场,揭示了进口周向总压畸变对该压气机转子性能及流场影响的机理,即进口周向总压畸变后,明显降低50%～100%叶展内的气流进气角。同时增强产生叶尖泄漏运动的驱动力,提前使叶顶间隙泄漏涡涡核破碎,造成高的堵塞,最终触发压气机失速。     

叶顶间隙对多级轴流式压气机气动性能影响研究

对某多级轴流式压气机中两级静叶和一级动叶进行全三维的CFD数值模拟。通过对不同动叶叶顶间隙值的计算结果进行分析比较,探究了轴流式压气机的动叶叶顶间隙变化时对轴流式压气机的气动热力性能的规律。研究发现,压气机的滞止效率、压比、质量流量等性能参数,随着动叶间隙的增大均呈明显的下降。同一叶高处的间隙内部,随着叶顶间隙的增大,顶部间隙内的流场变得剧烈,尤其是通道的中部;通过对间隙内部熵增的详细分析,获取了间隙泄漏损失的分布规律。