吸力面抽吸位置影响大转角扩压叶栅气动性能的数值研究

本文采用经过实验校核的数值模拟方法,研究了吸气位置对大转角矩形扩压叶栅气动性能及流场结构的影响,详细对比分析了原型叶栅和三个吸气叶栅的流动情况.结果表明附面层吸除能显著降低叶型损失和尾迹掺混损失,同时还能够有效抑制角区分离,改善流场结构.     

附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场结构的影响

本文采用数值方法研究了低速条件下附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场的影响.计算结果表明,通过选用合理的抽吸位置及抽吸方式的组合,附面层抽吸能较好地控制叶栅内的大尺度的叶片表面分离流动,但对二次流损失的改善效果并不明显.     

端壁附面层抽吸对扩压叶栅内分离结构的影响

根据拓扑学原理,提出了适合叶栅表面的奇点拓扑准则,并针对某压气机大折转角子午扩张型导叶的流场进行了数值模拟。为了比较端壁抽吸对叶片径向二次流的影响,分别对展弦比为2．53和0．3两套叶栅进行端壁抽吸,其中上下端壁的抽吸量均为1％。针对计算结果,利用叶栅表面奇点法则分析了附面层抽吸前后叶栅内分离形态的变化,给出了其拓扑。结果表明：靠近吸力面的端壁附面层抽吸改变了流场的分离性态,遏止了端壁角区的分离,并延迟和减小了吸力面的分离,从而在大部分叶高上使得叶片损失减小且沿径向分布趋于均匀.     

扩压叶栅中端壁附面层抽吸对流场品质调控的研究

为调控平面扩压叶栅流场品质、使测量结果满足二维性,在叶栅端壁增加附面层抽吸装置。采用试验校核的数值方法,分析了不同抽吸位置、不同抽吸流量、不同冲角时端壁附面层抽吸对平面扩压叶栅出口气流角、轴向密流比和总压损失系数等参数的影响。结果表明：在抽吸位置上,位于叶片中前部的抽吸方案对扩压叶栅流场品质的改善效果相对最好。随抽吸流量增加,流场品质进一步改善,抽吸流量为原型进口流量的3%可使冲角为0°时的轴向密流比降低至0.995,主流区出口气流角偏差小于0.1°;抽吸流量为原型进口流量的2.25%可使计算冲角范围内轴向密流比均降低至1.05以下,主流区出口气流角偏差小于0.2°。冲角在-5°,-3°和0°时端壁抽吸使50%相对叶高位置处平均总压损失降低,冲角在2°,4°时使50%相对叶高位置处平均总压损失增加,损失冲角特性更接近理想二维叶栅。     

槽道出口位置对高负荷扩压叶栅性能的影响

针对高负荷扩压叶栅攻角范围小、吸力面流动易分离的特点,采用在叶片上从压力面向吸力面开槽的方法控制局部流动,设计了一种收敛转折型的槽道结构,并通过数值模拟方法研究了不同开槽位置对叶栅性能的影响,计算结果表明:正攻角工况,叶片开槽处理可以有效吹除吸力面分离气流,从而增大静压升,降低总压损失,扩大稳定工作范围;对于大攻角分离情况,最佳开槽位置位于叶型中部附近。     

高负荷跨音速压气机转子气动设计及附面层抽吸研究

本文设计了一跨音速压气机转子,其叶尖切线速度420 m/s,在确保动叶出口参数的同时,压比达到3.2,绝热等熵效率88.7%。数值模拟表明,60%叶高到叶顶区域,气体分离严重。为了有效控制分离,本文初步探讨了抽吸附面层对转子性能的影响。结果表明抽气能明显影响附面层的发展与激波的空间结构,转子局部性能得到改善。     

叶栅稠度变化对带附面层抽吸的动叶流场的影响

对带有附面层抽吸的跨音速压气机动叶改变叶栅稠度后的流动特性进行了数值计算。详细分析了叶栅稠度和激波强度、叶片表面静压分布等参数之间的关系。结果表明,稠度过小,会使叶片负荷太高;稠度过大,反而会使损失增加。叶栅稠度对压气机动叶气动性能有重要意义。     

大转角扩压叶栅气动性能与流动结构的实验研究

设计了低速轴流风扇叶型转角45°、扩压因子超过0.6的扩压叶栅,测量了在设计工况与±10°攻角范围内的叶栅气动性能,采用PIV技术获得了对应工况下的叶栅内部流动状态。结果表明:扩压因子超过0.6时,增加叶型几何转角不能继续增加气流实际转角,气流转角反而有下降的趋势,叶栅损失明显增加。叶栅内流动的测量结果显示,在非设计工况下,大转角高扩压度叶栅后半段的流体流动与叶栅分离,造成了叶栅尾迹区域明显增大,这是导致叶栅流动损失增加的主要原因。     

小叶片对大转角扩压叶栅出口流场的影响

采用五孔探针分别测量了6~26°不同攻角下,大转角高扩压度叶栅及增加小叶片后叶栅的出口流场。结果表明:大小叶片叶栅中,小叶片改善了设计工况下叶栅内部流动,抑制了大叶片吸力面及端壁角区流动损失向叶栅中部的发展;在较大与较小攻角时,叶栅流动损失明显增加;大攻角时大小叶片叶栅出口中部区域速度场得到明显改善,其余工况通流能力变化不大;大小叶片叶栅在所有工况下,出口截面上气流转角整体平均约增加3~5°,表明气动负荷有一定提升。     

带真空腔周向槽抽吸影响跨声速压气机转子气动性能的数值研究

为探究附面层抽吸对跨声速压气机气动性能的影响,本研究利用数值方法对跨声速压气机转子进行模拟研究。在低抽吸流量下,对比单抽吸槽及双抽吸槽对跨声速压气机转子内部流动的改善效果,观察原型及转子压气机内部的流动状态,发现:抽吸流量为主流1%时,机匣周向槽抽吸处理可以改善转子上端流道流动状态,最大可使效率提高1.21%,压比提高2.53%,单抽吸槽抽吸效果更佳。     

采用壁面吸气改善叶栅性能的数值模拟

针对某大折转角子午扩张型导叶，通过数值模拟，讨论了端壁附面层抽吸对叶栅性能的影响。结果表明：对于大分离叶栅，在靠近吸力面的端壁上进行附面层抽吸可以获得最佳效果。端壁抽吸可以改变流场的分离形态，遏止端壁角区的分离，并延迟和减小吸力面的分离。从而在大部分叶高上使得叶片负荷增加，损失减小，并且沿径向分布趋于均匀。     

来流边界层对跨声速压气机转子流场影响的研究

为了研究来流边界层对跨声速压气机转子气动性能及流场的影响,针对Rotor37进行了不同来流边界层进口条件下的跨声速压气机流场数值模拟。结果表明:来流边界层引起其内部的激波结构变化,进而影响60%叶高以上流场,造成该展向范围内的流量分布发生再分配;在来流边界层具有相同的厚度时,总压亏损越大,以60%～90%叶高激波损失为主体的附加损失越高;来流边界层弱化了叶尖泄漏涡系的强度,通过同时改变叶尖负荷和叶尖泄漏流来源流体能量影响泄漏强度,进而影响泄漏涡系的形成和发展。     

对跨音速转子附面层发展控制研究

采用数值方法模拟了低雷诺数条件下NASA Rotor 37跨音速压气机转子内部流场。结果表明,附面层径向涡是该压气机转子流动失稳的一个很重要的原因。通过在该压气机转子叶片吸力面叶顶附近处进行抽吸,发现可以很好地抑制附面层径向涡的发展,压气机转子的稳定工作范围明显扩大。此外,还比较了不同的抽吸量对压气机性能的影响。     

边界层吸气对圆柱绕流尾涡脱落结构及圆柱受力的影响

为抑制圆柱绕流时受到的涡激力、保护圆柱结构安全,通过施加边界层吸气控制圆柱在涡激效应下受到的周期力.采用数值模拟方法分析Re =200时吸气口位置和吸气强度对圆柱受力情况及尾涡脱落结构的影响.结果 表明:当吸气口布置在60°、90°和120°位置时,添加吸气条件会显著减小圆柱受到的涡激力;吸气条件的引入对圆柱尾涡的脱落...     

采用弯叶片控制高负荷涡轮叶栅内附面层迁移的机理分析

对具有128.5°折转角的高负荷平面涡轮叶栅的内部流场进行了数值模拟.结合前期的实验结果,并利用拓扑学理论,详细分析了弯叶片对叶栅内附面层发展及旋涡运动的影响.结果表明,以通道涡为主的集中涡系在高负荷涡轮叶栅中部强烈掺混,使得中部的能量损失系数(0.56)明显高于端部(0.07),这是反弯叶片能改善此类叶栅整体气动性能的原因.对附面层迁移理论作了进一步讨论后指出,在高负荷涡轮叶栅内采用弯叶片减少二次流损失时应重点考察自由涡层的迁移.     

离心泵叶片两相流边界层分离点移动控制

为确定最佳边界层分离点位置以提高泵的使用寿命和效率,给出了在一定浓度下以固体颗粒沿表面滑移为特征的离心泵叶片主动面固液两相流边界层模型。依据边界层内的速度分布得到边界层分离点的理论界限值,再根据叶片型参数Λj和固相扰动系数Kψ来估算边界层分离参考点的位置,最后通过调整叶片形状,将叶片沿程段内分离参考点的位置移向叶片的出口端。试验验证了分离参考点越靠近叶片的出口端,泵的测试性能越好。