压气机近失速点的性能仿真及可转导叶的影响

压气机的不稳定边界包括失速边界和喘振边界,对压气机工作特性有着重大的影响,甚至会对其造成严重损害,所以研究清楚近失速点的流场有着重要的意义。本文以某2.5级跨音速轴流压气机为研究对象,运用CFX计算其在全工况七种转速下的特性线;重点研究近失速点的内部流场,对比近设计点与近堵塞点流场状态,探究多级轴流压气机的失速特性与失速机理。对可转导叶的角度进行调整,将叶片向着叶片前缘吸力面方向和相反方向旋转相同的角度,计算50%,80%,100%转速下的特性线,发现在中高转速下流量压比特性线向左下平移,效率压比特性线向左平移更为明显,说明将叶片向着叶片前缘吸力面方向旋转可以起到推迟失速发生的作用。     

某F级燃气轮机压气机跨音级特性计算

本文作为某F级燃气轮机轴流压气机整机特性计算的一部分,考虑到跨音级存在激波及其与附面层的相互干涉、动叶叶顶泄漏等复杂的流动现象,针对该压气机的跨音级(第一级)进行单独计算.采用NUME-CA软件对压气机内部流场进行数值计算.实际计算表明:文中使用的方法可以很好地计算出压气机全工况特性.选取近失速点、近设计点、近堵点,对...     

转速对跨声速轴流压气机的性能影响分析

为了研究跨声速压气机内部流动失稳对压气机性能的影响,对跨声速轴流压气机NASA转子37进行三维定常数值模拟,研究不同设计转速下跨声速轴流压气机稳定运行及内部流动失稳现象。研究发现：转速不变时近堵塞点的等熵效率高于近失速点;随着转速降低,压气机稳定运行范围变宽、效率增大及流动损失变小;压气机叶栅通道出现堵塞情况的叶高截面范围随着转速的降低而逐渐增大,这导致压气机叶片在近失速点处的流动失稳情况变严重。     

不同转速下某跨音速轴流压气机的性能分析

为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。     

多级轴流风扇的性能试验与流场分析

针对某型四级轴流风扇改进设计的需要,通过试验详细测量了风扇的总性能特性,并利用三维流体计算软件NUMECA对设计转速下的部分典型工况进行了数值模拟.研究了风扇总性能和级性能的变化,时比分析了设计工况和近失速工况的流场特征.结果表明:风扇呈现出典型跨音速风扇设计的特点,计算结果与试验数据吻合较好,设计转速下,第三级转子通道中的激波被推出通道是导致失速产生的主要原因.本文结果可为该型风扇的改进设计提供参考.     

多级轴流压气机全工况性能计算

运用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca对某重型燃气轮机多级轴流压气机的前5排叶列进行了全工况下的数值联算．重点分析了设计转速下可调导叶角度的变化．以及可调导叶处于设计角度时转速的变化对压气机特性的影响。计算中采用Jameson的中心差分格式使用全局时间推进方法求解N—S方程和Spalart-Allmaras一方程湍流模型。结果表明，这套方法能比较准确地反映压气机在各种工况下的性能，同样适用于后续阶段的整机联算。．     

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型.运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线.并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性.通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性.     

压气机不同运行工况下湿压缩性能分析

湿压缩技术能够有效提高燃气轮机输出功,降低燃气轮机对大气环境的依赖程度.该技术对压气机的影响因素非常复杂,压气机的运行工况对湿压缩效果的影响甚大.本研究采用CFX软件对某型三级轴流压气机在不同工况下的干、湿压缩过程进行三雏数值模拟.结果表明:压比不变的情况下,高转速时压气机近失速边界处质量流量增加,低转速时质量流量下降...     

多级轴流压气机变工况性能数值模拟

采用商业软件NUMECA对某型轴流压气机进行了数值计算,采用Spalart-Allamaras湍流模型,运用了多重网格技术以及残差光顺方法缩短计算周期。在额定工况计算的基础上进行了变工况的数值模拟,计算结果与试验曲线进行了对比分析,试验曲线与软件计算的曲线在趋势上是相符的。相同压比下,软件计算的流量偏大,在靠近额定工况点附近,流量偏差3%以内,在远离额定工况点流量偏差5%左右;对于喘振边界点的预测,运用NUMECA进一步提高出口静压可以逼近发散点,此时可以近似认为失速点,再结合NREC计算出的失速点,可以得到相应的喘振边界点。     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

Numerical Investigation of Base-Setting of Stator’s Stagger Angles for a 15-stage Axial-Flow Compressor简

A 15-stage axial-flow compressor utilized in steel industry was studied in this paper. All the stator＇s stagger an- gles of the compressor are variable to ensure the multistage compressor operate effectively within a wide range of flow rate and meanwhile satisfy the demand for sufficient pressure ratio, adiabatic efficiency and stall margin. Three in all different base-settings of stator＇s stagger angles were presented and commercial CFD soft-ware was applied to obtain the overall performance characteristics. The results showed that both of the optimized base-settings improved the performances both in summer and winter conditions, although the adiabatic efficiency was somewhat decreased. Taking incidence angle and stage loading into consideration, differences among the three cases were analyzed in detail. On the basis of numerical computations, the performance could be effectively improved through adjusting the base-setting of stator＇s stagger angles.     

燃气轮机气动热力相关部分问题研究

简要综述了本研究组近年来在燃气轮机气动热力相关方面的研究工作进展,包括多级轴流压气机整机全工况特性的数值分析,多级轴流压气机间隙流动对性能的影响分析;燃气透平冷却叶片的气动分析方法。着重描述了叶轮机械叶片三维粘性气动优化设计系统及其实用状况。展现了在我国燃气轮机产业的消化吸收与自主研发中发挥作用的可能性,展望了本研究组的长远研究目标。     

一种基于全三维数值计算的多级轴流压气机喘振边界预测方法

提出一种基于全三维数值计算的多级轴流压气机喘振边界预测方法。该方法采用了NUMECA和ANSYS/CFX两种不同的商业软件,在充分考虑压气机几何结构特征的基础上,根据压气机各级叶片排结构特点,建立了通用的压气机叶片排网格拓扑结构,并从各个方向对压气机叶片排网格节点进行控制来保证压气机叶片排各向网格节点一致。对不同负荷类型、不同结构型式的压气机特性进行了算例分析,并就流量、压比和效率等压气机特性参数进行对比研究。结果表明:该喘振边界预测方法对不同压气机具有较高的适用性,计算结果与试验结果也比较吻合。     

多级轴流压气机一维性能预测程序开发及应用

为了实现对轴流压气机气动性能的准确预测,基于平均流线法建立了多级轴流压气机一维气动性能预测方法,编制了相应的Matlab程序,该方法允许针对不同类型压气机选择适用的经验模型。通过计算得到了某四级亚音速轴流压气机和某八级高速轴流压气机的气动性能,对比分析发现,一维性能预测结果与实验/三维CFD模拟结果吻合较好,效率与压比计算偏差均保持在较小范围内,预测结果精度较高。为进一步提高压气机气动性能预测的准确性,发展了一种经验模型自动校准方法,采用该方法对选取的四级亚音速轴流压气机和八级高速轴流压气机模型进行校准,校准后对各转速下气动性能的预测精度均有所提高。研究工作表明,所建立的多级轴流压气机一维气动性能预测方法以及模型自动校准方法具有一定的准确性和可靠性。     

多级轴流压气机级间引气的数值模拟研究

以某多级轴流压气机的中间级为研究对象,研究了外机匣端壁处级间引气对压气机总体性能及局部流场的影响.根据要求的最大引气量,设计了矩形、圆形及异形三种不同的引气槽结构,并对流场进行了详细的数值计算.结果表明,本文所设计的矩形和圆形引气槽对压气机总体性能及主流流场的影响基本相同,其中,矩形槽造成的引气损失小于圆形槽;异形引气...     

基于扩压因子流型的压气机快速性能预测算法

为快速、准确地获得压气机性能参数、完成压气机性能预测,实现压气机优化设计,基于流线曲率法,将扩压因子作为控制方程、损失模型、熵增修正模型及落后角模型中的关键参数,建立轴流压气机性能快速预测算法。利用该算法对某跨音速轴流压气机性能参数进行计算,并将计算结果与主流商业软件计算结果及试验数据进行对比。通过对比发现：该算法计算效率高,能够快速且较为准确地完成压气机整体性能和沿叶高方向流场参数的预测;计算范围广,在不同转速、不同流量等非设计工况下算法预测结果均与试验及数值模拟数据接近;所选取与完善的经验公式合理可靠,能够较好地描述压气机内部流动。     

变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型

基于压气机级的综合特性曲线,采用逐级叠加法开发了静叶可调的变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型。在计算中将低转速下不同的级特性曲线分别应用于压气机各级,建立每一级的性能计算模块;在合理假设的基础上,根据动叶速度三角形推导出压气机入口可调静叶(IGV)角度变化对压气机性能的影响;引入气体动力学函数和变比热计算公式,简化了计算,提高了模型精度。算例表明,本模型具有一定的适用性,基本上反映出压气机的全工况特性,较准确地体现了IGV调节对整台压气机性能的影响,为开发现代大型燃气轮机动态仿真模型提供较可靠的压气机性能计算数据。     

Constructal design and thermal analysis of microchannel heat sinks with multistage bifurcations in single-phase liquid flow

Based on constructal theory, five different cases with multistage bifurcations are designed as well as one case without bifurcations, and the corresponding laminar fluid flow and thermal performance have been investigated numerically. All laminar fluid flow and heat transfer results are obtained using computation fluid dynamics, and a uniform wall heat flux thermal boundary condition is applied all heated surfaces. The inlet velocity ranges from 0.66 m/s to 1.6 m/s with the corresponding Reynolds number ranging from 230 to 560. The pressure, velocity, temperature distributions and averaged Nusselt number are presented. The overall thermal resistances versus inlet Reynolds number or pumping power are evaluated and compared for the six microchannel heat sinks. Numerical results show that the thermal performance of the microchannel heat sink with multistage bifurcation flow is better than that of the corresponding straight microchannel heat sink. The heat sink with a long bifurcation length in the first stage (Case 1A) is superior. The usage of multistage bifurcated plates in microchannel heat sink can reduce the overall thermal resistance and make the temperature of the heated surface more uniform (Case 3). It is suggested that proper design of the multistage bifurcations could be employed to improve the overall thermal performance of microchannel heat sinks and the maximum number of stages of bifurcations is recommended to be two. The study complements and extends previous works.     

一维多级轴流压气机性能的解析优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究，导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定轴向分速时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。