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.     

轴流泵中泄漏涡空化的预测

讨论了轴流泵内叶尖间隙流与通流的相互作用。导出了泄漏涡空化指数与叶片几何参 流动参数的关系模型。用该模型得到的空化指数与实验结果一致，确定了最佳叶尖间隙。     

轴流泵端壁间隙流动特性的数值分析

采用CFD计算软件CFX11.0,基于标准的k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,对带间隙的轴流泵的内部流场进行了数值模拟.研究和分析了0、1、1.5、2和2.5mm五种不同径向间隙对轴流泵的能量特性的影响,并进行了性能预估.本次数值模拟捕捉到了叶顶间隙泄漏流动和间隙泄漏涡,并通过分析得出了间隙泄漏涡是由于间隙泄漏流与主流发生卷吸而形成的.     

跨音速压气机转子叶尖间隙流场特性研究

为了分析跨音速转子叶尖间隙高度对转子叶尖流场的影响,以某轴流压气机跨音级为研究对象,采用全三维数值模拟方法,探讨了设计点和近失速工况下叶尖泄漏涡与激波的相互作用现象及不同的间隙条件下叶尖泄漏涡的演化、发展规律.计算结果表明,与设计点相比,近失速工况下间隙泄漏涡在流场中的位置及其与叶片弦长的夹角基本不变,但其对激波的影响...     

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。     

叶尖间隙对轴流压气机近失速叶尖流动的影响

为研究动叶间隙大小对轴流压气机近失速叶尖流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、小间隙及2个大间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,设计间隙下压气机喘振裕度最大,随着间隙增大,裕度近似呈线性降低,失速形式由动叶吸力面分离引起的"叶尖失速"转变为"泄漏涡堵塞失速"。大间隙情况下,叶尖前缘附近发出的泄漏流形成松散的涡系结构,诱导中部及尾缘附近泄漏流共同形成回流及大量二次泄漏,堵塞转子通道进口,引起失速的发生。     

叶尖密封流场的细观特性对叶轮机械性能的影响

细观尺度是微观与宏观之间的中间层次。利用细观力学的思想,分析了叶尖密封流场的细观特性对叶轮机械性能的影响,认为旋涡等流体的细观结构,在叶尖密封流场中起着关键性作用。密封间隙区域的细观特性即泄漏涡、激波和二次流之间的相立作用等,形成了阻塞区域,不仅影响泄漏量,还影响转子的稳定性。叶尖泄漏涡是叶尖间隙气流流动阻塞和引起压气机转子尖部紊流脉动的主要因素。     

核心机驱动风扇级转子叶尖流动结构和机理的研究

为了探究核心机驱动风扇级不同工作模式下转子叶尖流动结构和机理,对某核心机驱动风扇级转子流场进行了三维定常数值模拟,分析了单外涵模式和双外涵模式下工作点及近失速点转子叶尖流场结构特点,并研究了不同叶尖间隙对核心机驱动风扇级性能的影响。结果表明:单外涵模式与双外涵模式设计点叶尖泄漏涡起始位置不同;单外涵模式转子叶尖存在贯穿流道的正激波,双外涵模式该正激波消失;泄漏涡经过转子叶尖超声速区域会形成低速带;单外涵模式时泄漏涡经过正激波后发生扩散,并使正激波出现"缺口";转子叶尖间隙大小对核心机驱动风扇级两种工作模式下的流量、压比和等熵效率影响均较小,间隙增大到一定程度后稳定裕度下降剧烈。     

吸力面叶尖小翼构型对轴流风机气动性能的影响

叶顶间隙泄漏是造成轴流风机损失的重要原因之一,在吸力面安装叶尖小翼能抑制一定程度的叶顶间隙流动,提高轴流风机气动性能。本文数值模拟了在吸力面安装不同宽度以及长度叶尖小翼对轴流风机内部流动及性能的影响。结果表明,增大吸力面叶尖小翼宽度可减小叶顶间隙流,延缓叶顶泄漏涡的生成和脱落,使其向远离吸力面偏移,减小了分离损失。当宽度为3倍叶片厚度时,设计工况全压效率提高了0.73%。而不同长度吸力面叶尖小翼的结果对比表明,当叶尖小翼长度为0.6倍弦长时,即可达到1倍弦长叶尖小翼对叶顶间隙流动同样的改善效果。     

掠形对高负荷风扇转子失稳机理的影响

以超高负荷两级风扇第一级前掠转子为研究对象,通过定常和非定常数值模拟手段对近失速点叶尖流场进行了深入分析。为探索失稳机理,与同等气动性能下的后掠转子进行了对比。结果表明:前掠转子在近失速工况下泄漏涡涡心并未发生破碎,其流动失稳是由于端壁机匣处的低能流体集聚所致。而后掠转子的泄漏涡与激波干涉导致其向下游发展中发生破碎,表现出与常规转子相似的失速特征。     

周向槽机匣处理的数值研究及扩稳机理分析

结合周向槽机匣处理试验结果,采用全三维的数值方法对带周向槽机匣处理的亚音速轴流压气机内部流动进行研究。试验与数值结果均表明周向槽机匣处理能扩大压气机的稳定工作范围,同时略微地降低压气机效率。在两个转速下,数值模拟结果与试验结果符合良好。通过详细地分析压气机叶顶流场表明实体壁机匣时,触发该压气机失速的主要原因是间隙泄漏涡涡核破碎,使得叶顶通道堵塞程度严重。采取周向槽机匣处理能降低产生叶尖泄漏运动的驱动力,有效地削弱了间隙泄漏流造成的负面影响。与此同时,周向槽具有抽吸或吹除机匣端壁区低相对总压流体的能力,使低能气团在叶顶通道堆积的范围大为缩小,提高了叶顶通道内的流通能力。     

轴流风机叶尖泄漏流动的大涡模拟（英文）

本文采用大涡模拟(LES)的方法研究了在基于外壳直径的雷诺数为9.36×105条件下5叶片的轴流式风扇的流动特性,并且着重分析了叶尖泄漏的流动现象。本文使用了基于有限体积法和分层笛卡尔网格的可压流求解器进行数值计算,并应用了体积守恒的切割网格方法处理风扇几何结构的浸入式边界。同时开发了用于笛卡尔网格的旋转周期性边界条件,这样只需分析由2.5亿网格构造的包含一片叶片的72°区域。该研究首先对网格质量进行了分析,之后讨论了瞬态和时均流场的特性,并与使用RANS的5叶片模拟结果进行了对比。RANS和LES模拟结果的主要不同之处体现在叶尖泄漏涡尾流中的湍流动能。本文进而研究了叶尖间隙对叶尖泄漏涡的影响。研究表明,间隙的大小会影响叶尖泄漏涡的大小形状。此外,间隙中更多的分离现象和反向旋转涡会导致较低的湍流动能。     

单级近失速工况全环非定常数值模拟研究

对低速轴流单级使用数值模拟的方法,研究靠近稳定边界处,压气机内详细的流场结构.对于不同叶高,随着叶片高度增加,叶片的压差越大,负荷越大.对转子前缘的压力数值探针结果进行傅里叶分析且表明,转子周向上出现了两种不同旋转周期的静压扰动,分析不同周向点的压力结果,呈现的扰动现象不同.由于叶尖间隙的存在,产生了叶尖泄漏涡,并且与...     

轴流风扇叶顶沟槽对间隙流动控制机理研究

采用数值和试验方法研究了轴流风扇叶顶沟槽对叶顶间隙泄漏流的控制机理.对比分析4种不同槽宽比(3:1,?6:1,8:1,10:1)的叶顶贯穿式沟槽结构对叶顶泄漏涡的发展的影响.结果表明,不同槽宽比的沟槽都能削弱叶顶泄漏流强度,获得比原型更好的风扇效率,槽宽比越大对风扇效率的提升效果越明显.其主要作用机理是通过沟槽将压力面...     

不同间隙大小轴流压气机转子叶尖泄漏非定常流动的DDES研究（英文）

叶尖泄漏流动对航空发动机的压气机性能有很大的影响,对其进行准确的数值模拟十分重要。延迟脱落涡模拟(DDES)方法在保证计算准确性的同时节省了计算资源。本文针对不同间隙大小和不同工况对大尺寸低速轴流压气机转子进行了DDES模拟。将时均结果与瞬时结果进行了比较,分析了不同叶尖尺寸下流动的非定常性。然后利用LUMLEY三角形分析了叶尖泄漏流动的雷诺应力各向异性。各向异性沿叶尖泄漏涡向下游发展方向变化。小间隙情况下各向异性较弱,这是由于小间隙情况下流动更加稳定。最后,利用快速傅里叶变换(FFT)分析了泄漏涡核心的速度脉动频谱,讨论了泄漏流动的非定常性。     

径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响研究（英文）

由于对高效、高响应性涡轮增压器的大量需求,径流涡轮叶片的高周疲劳已成为涡轮增压器损坏的最常见原因。叶尖间隙是主导叶尖泄漏涡演化的关键参数,并影响叶片表面的气动激振力,其对叶片振动的影响不可忽略。本文采用单向流固耦合数值方法,研究无叶径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响。结果表明,叶片振幅随间隙增大成"V形"变化趋势。广义能量分析表明,"V形"趋势由压力谐波分量的幅值在叶片表面的分布所决定。流场分析进一步表明,压力谐波分量的幅值在叶片压力面和吸力面的分布均受叶尖泄漏涡影响,但两者的机理不同。     

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。     

自循环机匣处理喷气位置对压气机性能的影响

为了揭示自循环机匣处理对Stage 37气动性能的影响机理，利用数值模拟方法研究了不同喷气位置对压气机气动性能的影响。在设计转速时，分析了不同喷气位置的自循环机匣处理装置的叶尖流场，探讨了自循环机匣处理的扩稳机理。数值模拟结果显示：不同喷气位置的自循环机匣处理在略微降低压气机效率的情况下，能够分别扩大2.96%，2.72%，2.83%，2.6%的失速裕度；设计转速时，Stage 37中转子叶尖区激波/叶尖泄漏涡相互干涉以及泄漏涡破裂后产生的阻塞区，是影响Stage 37压气机内部流动失稳的关键因素。自循环机匣处理的扩稳机制主要在于利用高速喷气抑制叶尖泄漏涡的破碎程度，减小叶尖阻塞区面积，进而提高压气机的失速裕度。     

汽轮机叶顶汽封间隙泄漏涡动特性研究

采用三维非定常数值模拟的方法,研究叶顶汽封间隙泄漏涡的结构和涡动频谱特性,并分析汽封各腔室内涡核中心点的径向高度随间隙的变化规律。结果表明:汽轮机叶顶汽封腔室内存在腔室涡和围带壁面涡2种稳定耗散的涡;随着叶顶间隙高度的增加,围带壁面涡涡核的径向高度降低,而腔室涡涡核的径向高度升高;从汽封的入口到出口,腔室涡的涡动随流动变得剧烈,频率增加,波动的幅度变大;围带壁面涡的涡动会在不同腔室内交替变换,齿前的围带壁面涡产生的压力波动最为剧烈,是汽封腔室内最不稳定的一类涡动。     

叶尖凹槽对某燃气涡轮叶尖间隙流动影响的研究

采用数值模拟的方法研究了叶尖凹槽对某燃气涡轮性能及流场的影响,并对其作用机理进行了分析。结果表明:叶尖凹槽对涡轮性能的影响较小,可减小叶尖泄漏流流量并提高涡轮效率。相对平顶叶片,凹槽叶片涡轮效率最大可提高0.06%。在5%～30%叶尖凹槽高度范围内,凹槽高度越大,叶尖泄漏涡强度越小,涡轮效率提升越大;在60%～90%叶尖凹槽长度范围内,叶尖凹槽长度越长,叶尖泄漏涡强度先减小后增大,效率提升幅度也是先增大后减小。