五级轴流压气机气动设计数值研究

针对某中档功率燃气轮机压气机部件气动性能需求,开展了五级轴流低压压气机气动设计技术数值研究。围绕提高效率和扩大喘振裕度两个根本问题,在气动设计的一维设计、S2通流设计、叶片造型等各个环节进行了参数筛选与性能优化,并通过Numeca软件和Denton程序全三维数值模拟性能确认,设计点气动性能满足并超过了指标要求。为了满足低速运行压气机喘振裕度要求,一维经验统计数值预测前面级导叶调节所能带来的喘振裕度拓展区间,并研究了几级联调的调节规律,以指导五级轴流压气机气动性能试验。本文研究提供了满足性能指标要求的全新五级轴流压气机气动设计,获得的扩喘导叶调节规律可供相似多级轴流压气机导叶联调参考。     

基于流线曲率法的轴流及离心压气机通流特性预测

本文基于准正交流线曲率法推导了适用于多级轴流压气机及离心压气机的压力梯度控制方程,并引入不同压气机经验模型,发展一种新型流线曲率法通流计算方法。基于预测方法,计算了亚/跨音速轴流压气机和带无叶/叶片扩压器离心压气机的通流特性,并与实验或三维CFD模拟结果进行了对比.结果表明,本文发展的流线曲率法通流预测结果同实验或CFD结果吻合度较高,这验证了该方法的合理性及所采用经验模型的准确性,因而其能快速、有效地评估多级轴流压气机及离心压气机通流特性.     

某五级轴流压气机性能分析

基于一套S2流面流线曲率法通流计算程序对某五级轴流压气机进行了性能分析。该程序在包含常用的叶珊特性计算模型的同时,为了反映压气机内部复杂流动的影响,引入了考虑到端壁剪切力修正的径向掺混模型和能够根据不同工况激波结构计算损失的复杂激波模型。通过与实验数据的对比结合CFD计算结果,表明该程序能够基本准确预测某五级轴流压气机的运行特性和气动布局参数,验证了该压气机性能基本达到设计要求。同时为该压气机进一步优化提供了参考。     

多级轴流压气机三维气动设计的一种快速方法

本文提出了一种适用于多级压气机的快速三维数值气动设计方法,该方法的核心是应用一种快速网格生成技术和NS方程求解器之间不断的相互迭代,最终得到各叶片排的三维叶片造型。首先给定流量,压比和压气机子午通道的几何形状。在初始设计阶段通过计算得到各叶片排沿叶高周向平均的进出口气流角分布,并把其作为计算的目标参数。然后通过网格生成和NS求解之间的迭代,不断调整目标参数,直到计算收敛。应用本方法设计了一台具有三个重复级的实验用轴流低速压气机。     

轴流压气机计及掺混作用通流计算方法的研究

一、引言 近年来,在多级轴流压气机的设计中,广泛采用了低展弦比的叶片以获得高的级负荷和级效率,这使常规的S_2流面通流计算与实验结果有较大差异。这主要是由于损失、总温沿径向的分布出现了“反常”现象,最大损失出现在叶片中部而不是端壁区域,与通常的假定相差较大。对这种现象,国内外都有人分别从理论和实验上进行了一些工作,证     

高负荷轴流压气机的通流计算与分析

高负荷轴流压气机内部流动复杂,气动性能预测难度大。本文介绍了作者开发的一套适用于高负荷轴流压气机性能预测的通流计算程序。程序采用流线曲率法,基于对压气机内部流动规律的深刻认识,结合实际工程经验,建立了对于损失、落后角等的预测模型,以及失速和掺混模型。通过对NASA的跨音转子Rotor 1B、PW三级机组3S1、GE公司E~3机组等多台有代表性机组进行计算,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了本通流程序的可靠性。结果表明,本程序是高负荷轴流压气机性能分析预测的有效工具,具有一定工程应用价值。     

多级轴流压气机气动特性优化

采用轴对称特性优化程序对四级轴流压气机进行气动特性优化,研究分析叶片几何参数变化对设计工况及(n)=1.0、0.9转速线上性能影响.指出在多级轴流压气机气动设计过程中,设计工况性能优化将对非设计工况性能产生关联,因而在追求设计点性能同时必须兼顾各折合转速线上性能.实施非设计工况下设计参数优化有望带来多级轴流压气机性能整体提升.     

多级轴流压气机性能预测及导静叶调节优化

基于一维流动模型和复合形法/模拟退火法的优化算法,建立了多级轴流压气机性能预测和导静叶调节优化的方法,编制了相应的Python计算程序,获得了NASA-74A跨音速轴流压气机前三级的气动性能图及最优导静叶调节角度。结果表明:该压气机气动性能的预测结果与试验数据吻合较好,喘振边界预测较准;导静叶调节角度的组合优化使各转速下的最高效率提升明显。研究工作表明所建立的性能预测与调节优化方法具有一定的可靠性,对发展多级高负荷轴流压气机的先进气动设计体系及调节技术具有理论参考价值和重要工程应用意义。     

多级轴流压气机内的流动机理研究

本文对某多级轴流压气机的两级内部流场进行了CFD数值模拟,通过计算结果和通流计算值对比,分析了多级轴流压气机的级间匹配特性,说明该两级压气机的总体匹配特性是合理的.但是,在两端壁附近也存在一些差异.通过对其内部流场的剖析发现,第11级静叶的吸力面两端和第12级动叶吸力面根部均存在一定程度的分离,文中解释了存在分离原因以及分离对压气机匹配特性的不利影响.     

多级轴流压气机三维数值优化设计

开发了利用非均匀有理B样条对叶轮机械三维叶片进行参数化重构的叶片造型模块和提供多种优化方法的优化模块;集成上述模块以及自主开发的网格生成软件和流场求解软件,建立了压气机气动数值优化平台.在该平台上对某5级轴流压气机末级静子进行了气动数值优化设计,取得了良好的优化效果,压气机性能得到有效提高.     

叶轮机械数值计算与设计方法进展及其在汽轮机中的应用──第一部分:数值计算及设计方法进展

本文对多级汽轮机通流部分气动热力学数值计算方法与设计体系研究所取得的进展进行了回顾，主要内容包括通流部分气动热力准三维、全三维计算方法进展、程序的校准方法、多级轴流透平气动热力设计体系研制等，并提出了今后进一步开发的设想．     

多级轴流压气机变几何扩稳多目标优化分析

对轴流压气机叶型流动损失和落后角模型进行了系统归纳与整理,并将其与逐排基元叶片模型相结合,建立了计算多级轴流压气机特性工程方法,并进一步将其与锦标赛式遗传算法相结合,发展了一种新的多级轴流压气机变几何扩稳多目标优化算法,并成功应用于某型8级轴流压气机扩稳分析,取得了明显成效。与单目标优化相比,多目标扩稳调节能明显改善压气机性能,其最大效率提高了近4个百分点,且静叶安装角调节范围也明显减小。     

多级低反动度高负荷轴流压气机及其内部流动机理研究

本文提出了亚音速多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念,并对其可行性进行了理论分析.应用此设计概念,结合附面层抽吸技术,将某11级轴流压气机改为7级,并对具有典型流动特征的末两级进行了详细的数值模拟.数值模拟结果表明多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念是可行的.     

多级低反力度静子吸附式压气机气动设计

本文介绍了低反力度吸附式压气机的应用背景,并基于两种低反力度压气机设计理念初步设计了一台三级高负荷吸附式压气机。三维数值模拟结果显示,在叶尖切线速度为370m/s,整机通流效率不低于86%的条件下,多级吸附式压气机实现了6的总压比,进一步验证了低反力度设计理念在高负荷压气机设计中应用的可行性。通过详细分析设计点处一维、S2气动参数分布以及三维流场细节并兼顾抽吸方案的复杂程度,对初步设计方案进行总结分析,为进一步优化设计工作提供了参考依据。     

高性能高负荷轴流压气机设计参数选取分析

高负荷压气机设计参数的选择由于超出了常规负荷压气机设计参数的选择区间,有必要进行系统的分析以确定其关键气动和叶片几何造型参数的选取原则,从而保证其综合性能能够达到较优的状态。本文首先通过数值模拟方法,建立了基于CDA叶型的覆盖高负荷压气机叶型设计参数选择区间的数值数据库,发展了一套高负荷压气机叶型的损失评估模型,并建立了针对高负荷压气机设计参数合理化选取的低维分析方法。在此基础之上,分析了不同负荷水平的压气机基元级关键气动和叶型造型几何参数对基元级性能的影响。重点分析了在确定级负荷水平下,基元级进口预旋、反力度和叶片稠度选择对压气机效率和裕度的影响,并以此为依据初步确定了这些参数在高负荷压气机设计时的合理化选择区间。研究表明,对于超高负荷设计的压气机基元级,静子的设计难度更高,对压气机效率和稳定性的影响更为明显。     

考虑粘性及展向掺混的轴流和离心组合压气机流动分析

本文研究建立了具有复杂流道形状的一体化轴流和离心组合压气机内部流动的数值计算方法,考虑到湍流扩散和粘性掺混,对不同类型的组合压气机内部流场进行了计算,根据计算结果详细分析了压气机的流动特性和气动性能,为建立先进的轴流和离心组合压气机气动设计体系,提供了工程实用的计算机程序和设计分析方法。     

基于伴随方法的多级叶轮机三维叶片优化设计

伴随方法单次优化循环计算量与设计变量数目基本无关,多设计变量时计算成本低。本文采用伴随方法发展了多级叶轮机三维黏性气动形状优化方法,包括伴随方程及其边界条件、目标函数与设计变量的敏感性关系。结合基于Hicks-Henne函数的三维叶片参数化方法和最速下降法建立了气动形状优化设计系统。针对1.5级压气机第二排叶片的反设计验证了该优化系统的有效性;以进、出口熵增为目标函数改型设计某1.5级超音压气机,改型后气动性能明显提升。     

关于压气机改型设计的若干问题

通过对一个改型设计的双级跨音速轴流压气机实验结果的分析,发现该机未能达到原定指标,一方面是由于总体参数要求过高和结构形式及尺寸限制给气动设计造成的困难,另一个重要的原因是由于叶片造型上的失误,使流面上的叶片进、出口角都偏离了气动设计造成的。 由此可见,一个好的设计不仅须用尽量完善的三元流动方法作气动计算,还必须对流道内的结构、工艺、加工等作周密的考虑。特别应当指出的是:必须沿流面进行叶片造型,不能把叶片的积迭当作简单的几何问题而掉以轻心。     

多级无导叶对转涡轮气动设计研究

为了有效减少当前航空发动机轴流涡轮导向器的叶片排数,对多级无导叶对转涡轮的气动设计方法展开了研究.给出了该类型涡轮的基本结构和命名方法,介绍了使用该涡轮的发动机热力循环模拟和性能计算流程,提出了能够改善动叶进口预旋、提高级载荷和效率的设计方法。完成了一个由4排锥形动叶构成的高负荷多级无导叶对转涡轮气动设计,设计点总压比和总效率的数值模拟结果分别为10.4和91.2%,验证了设计方法的有效性.     

压气机抽气级静叶吸力面抽气方式的研究

本文提出了将压气机系统性抽气与改善流道内部边界层流动相结合的方法,以提高压气机抽气级的性能.以某多级轴流压气机为例,采用数值模拟的方式讨论了压气机静叶吸力面抽气的可行性.通过不同抽气流量下3个算例计算结果的比较分析,证明了通过静叶吸力面抽气改善叶片性能和流动状况是可行的.