离心压缩机弯道最佳γ/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径γ与流道宽度b的比值γ/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及γ/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明: γ/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在-个使级效率为最大值的最佳γ/b值.壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素.     

径向吸气室流动损失及出口气流畸变的影响

径向吸气室的内部流动损失及出口气流畸变是其影响离心压缩机性能的主要因素。为了进一步了解径向吸气室对离心压缩机性能影响的机理,本文针对上述因素对某工业用离心压缩机径向进气级开展了数值研究。研究表明,在该离心压缩机的正常运行区间内,径向吸气室的内部流动损失只会使整级性能下降,对下游叶轮和模型级的性能基本无影响;而吸气室出口的气流畸变不仅会使整级性能下降,更是导致叶轮及模型级性能下降的主要原因。希望通过本文的研究为径向吸气室的改进设计提供参考依据。     

离心压缩机中间级内流动数值研究

本文采用数值方法对多级离心压缩机中间级内的流动进行了研究,重点考察了进口段、弯道和回流器对中间级气动性能的影响,发现与进口段相比弯道和回流器内的流动损失较小,并且回流器出口气流的扰动作用使得级的喘振流量减小。本文还研究了增大回流器叶片出口安装角对压缩机压比及效率的影响。     

叶片尾缘切削对离心压缩机气动性能的影响

以一高压比离心压缩机为研究对象,对叶轮叶片尾缘的压力面和吸力面分别进行切削,采用CFD技术研究了叶片尾缘切削对叶轮及压缩机性能的影响。研究结果表明,叶片尾缘切削改变了压力面或吸力面的出口安装角和叶轮出口流场,压力面切削降低叶轮及压缩机级压比,增加压缩机级效率。吸力面切削使叶轮及压缩机级压比增加,但对效率影响很小。压力面和吸力面切削产生的影响均与切削长度和切削厚度有关,存在最佳切削长度和最佳切削厚度。     

采用混合工质的多级离心压缩机中间级的特性分析

本文利用编制的混合气体的物性计算程序,对某多级离心压缩机中间级内部流场,进行数值模拟的研究,重点分析了对弯道和回流器等静止部件内的气动特性.计算采用时间推进法,湍流模型选择Spalart-Allmaras模型.结果表明:叶轮设计合理;静止部件特别是无叶扩压器和弯道内摩擦损失较大,且易受下游部件影响;工况变化对回流器入口流动影响很大.     

轮盘侧空腔流动结构及其对离心压缩机气动性能的影响

本文以离心压缩机轮盘侧空腔流域为研究对象,通过数值计算,研究了设计工况下空腔流动结构及对主流区域的影响机制。结果表明,空腔及密封内部流动表现为四类旋涡结构;空腔流动对叶轮内部流动及气动性能的影响较小,但明显增加了扩压器内的流动损失,致使压缩机级性能显著下降。研究工作为深入了解空腔与通流部件间的相互影响规律提供理论依据,为完善离心压缩机气动性能预测模型奠定基础。     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

离心压缩机静叶间时序效应的实验研究

轴流压缩机中的时序(Clocking)效应已通过实验和数值模拟被证实存在,而离心压缩机中时序效应的研究还很少见报道.本文通过实验,研究了静叶间时序效应对压缩机性能的影响,并采用热膜传感器,测量了叶轮出口和扩压器进口流场.实验表明,Clocking效应对压缩机效率影响明显,影响幅值超过2%,最大达到3.6%,对压比也有相应的影响.不同Clocking位置,叶轮出口切向集平均速度改变达3.3%,径向达16.5%;对扩压器进口切向集平均速度的影响超过2%,径向达4%,且扩压器进口流动角改变1.5°.     

用热线风速仪测量叶轮后叶片扩压器流场

叶片扩压器对离心压缩机的总体性能影响很大,为了研究叶轮后叶片扩压器内复杂的非定常流动,本文对一大尺度离心压缩机级的叶片扩压器流场进行了实验测量。实验对Dantec的热线探针支架进行了改进,采用了固定热线、相位锁定-系综平均技术,对采集到的热线信号进行了有效地分解,提出了非定常强度的概念来定量考察离心叶轮对叶片扩压器流场的影响。     

不同型线离心风机叶轮的性能对比研究

本文分别对采用常规单圆弧叶片和等减速叶片两种不同型线叶轮的离心风机进行了试验研究,并做了整机全工况数值模拟计算.流场分析表明:应用等减速流型设计的离心风机,其叶轮内部的流动损失小,压力梯度变化更规律,叶轮出口的射流-尾迹结构较弱,出口速度场均匀且最大速度值较低.所以,等减速流型设计的叶轮,其流动损失、扩压损失、出口混合损失以及出口截面突变损失均比较小,效率较高.     

离心压气机回流器三维气动优化设计

回流器作为多级离心压气机两级间非常重要的连接部件,其内部的二次流动十分显著。回流器的设计目标是以尽可能小的损失对上一级出口气体进行整流,减小下级叶轮进口处的流场畸变。本文通过对回流器流道和整流叶栅进行参数化建模,采用多岛遗传算法对某多级离心压气机回流器进行基于N-S方程数值求解的三维气动优化设计,着力于提高变工况条件下回流器的级等熵效率以及使变工况条件下回流器的出口气流角尽可能均匀。     

叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响研究

针对叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响开展了数值仿真与试验验证的研究工作,详细分析了尾缘掠型对压气机特性的影响规律和压气机叶轮内部流动特征,研究结果表明:尾缘掠型能够提升压气机出口的总压,使离心压气机压比变高,自由掠叶型相比于斜掠叶型,压比会进一步提升。叶片尾缘掠型能够有效抑制尾缘流动分离与叶间泄漏效应的结合效果,降低流动分离强度和分离区域,提升叶轮的稳定工作范围与效率。试验验证结果表明采用自由掠型尾缘叶轮,压比随着转速的升高提升幅度变大,最多提升了9.14%,喘振线明显向左偏移,运行流量范围拓宽。尾缘掠型能够有效提升压气机压比和稳定工作范围,是改善压气机特性的有效手段。     

高速离心压气机的设计与流场数值计算

介绍了一个带有分流叶片的小流量离心压气机的设计过程,这个叶轮的主要设计参数为流量0.215 kg/s,转速95000 r/min,压比1.8。简要介绍了离心压气机设计系统,其中包括初步设计及优化模块,性能仿真模块,叶轮造型模块。使用三维N-S方程对所设计的离心压气机在设计点的性能进行了计算,计算结果表明所设计的离心压气机基本能够满足设计要求。     

离心压气机叶轮内部流动的数值研究:分流叶片的作用

本文对一台单级压比为4/1的离心压气机叶轮内部流动,进行了数值模拟的研究。计算方法基于Jameson格式,湍流模型选择Baldwin-Lomax模型。计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展,提供了详细的流动结构。通过对不同通流截面速度分布的比较,发现分流叶片可以延缓横向二次流的发展,降低叶片吸力面扩压程度,减小叶轮出口尾迹的强度与范围,对提高叶轮效率起到决定性的作用。     

叶轮与叶片扩压器相干非定常流动的数值模拟

本文采用了不对粘性项作任何近似的时间倾斜算子,来处理转子和静子栅距不相等时的周期性边界条件施加时所出现的问题。对某一离心压缩机进行了非定常的数值模拟,并把其结果同实验测量数据和商用软件的结果进行了比较。结果表明两种非定常计算方法比定常计算结果更接近于实验测量值,定常的计算结果在某些测量平面上不能充足地预测出流场结构,本文所发展的时间倾斜算子的计算程序在总体上同实验测量结果吻合最好,应用其能很好地预测离心压缩机级的非定常流动。     

使用确定应力模型研究离心压气机叶片相互作用

离心压气机叶轮和扩压器叶片间空隙很小,在无叶区和半有叶区的流动非定常特性十分明显。特别是离心叶轮出口通常的射流／尾迹流动使得有叶扩压器进口在时间、空间两个尺度上都存在十分强烈的不均匀性。叶轮和扩压器叶片间的相互作用,历来都被认为是影响离心压气机效率和稳定工作范围的重要因素。本文引入确定应力模型和改进的计算域延伸方法,计算了Ｋｒａｉｎ离心压气机组的流场,着重分析了叶轮出口无叶区、半无叶区等叶片间相互作用最强烈的区域的复杂流动现象。     

离心压气机内部非定常流场的数值模拟

应用NUMECA软件对跨声速离心压气机级动静叶相互干涉形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线,不同时刻不同流向位置截面上速度沿流道宽度方向分布的变化曲线.模拟结果表明压力场和速度场的非定常特性主要表现在叶轮出口、径向间隙以及整个扩压器内.压力面上的非定常现象较吸力面上显著.     

带有涡流发生器的离心压气机内流动分析

本文采用数值计算方法对带有和不带有涡流发生器(Vortex Generator Jet,VGJ)的低速离心压气机叶轮内流动进行了数值模拟,分析了涡流发生器不同配置参数对压气机叶轮性能的影响,较为详细地揭示了叶轮内流动特性,数值计算结果证明了采用涡流发生器实现离心压气机叶轮内部流动控制的有效性.     

高压比离心压气机叶片扩压器设计准则研究

本文对某带叶片扩压器的高压比离心压气机进行数值研究,提出Vt和Vm沿子午流道规律变化的叶片扩压器气动参数设计准则,采用该设计准则的优化结果表明,在保持原型扩压器进出口半径的条件下,压气机压比基本不变,但最高效率提高1.55%,工作裕度扩宽22.22%。同时,本文提供气动参数设计准则相应的快速优化设计流程。该气动设计准则可为类似的高压比离心压气机叶片扩压器设计、优化提供指导与参考。