亚音速轴流压气机转子非轴对称轮毂端壁的数值研究

修改端壁型线是减小二次流损失提高压气机性能的有效方法之一.本文针对某高亚音速压气机转子,首先利用三角函数造型法完成了非轴对称轮毂端壁造型,然后对带非轴对称端壁结构的轴流压气机内部流场进行了详细的数值模拟,数值计算所获得的总性能与试验结果符合较好,该非轴对称轮毂端壁结构的引入能使得压气机的峰值效率提高约0.3285%.详细分析了非轴对称端壁结构对压气机内部流场结构的影响,结果表明:非轴对称轮毂端壁结构的采用能够改善轮毂端壁附近载荷分布,有效地降低叶片通道的二次流流动,从而提高轴流压气机的性能.     

基于正交试验的跨音压气机叶型和周向槽机匣处理参数化研究

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使单项试验指标最优和兼顾两项试验指标的各因素水平组合方案。通过对流场的分析表明,优化后的方案抑制了叶顶区域泄漏涡和激波相互作用所引起的低速区,缓解了叶顶区域的堵塞,使压气机的失速裕度提高.同时周向槽内的流动及其与主流的掺混造成叶顶区域流动损失增加,峰值效率降低。     

采用新型非轴对称端壁提高压气机转子性能的数值研究

为进一步改善压气机转子内部的流场结构,探索二次流减少机理,对轴流压气机转子—NASA Rotor37进行了非轴对称端壁造型。本文以商用软件NUMECA为设计平台,发展出一套完整的非轴对称端壁优化设计流程。通过对优化区域及优化方向的控制,设计出一种带有凹槽的非轴对称端壁造型,并对凹槽在轴向的最佳位置进行了讨论。压气机内部流场结构采用三维流线进行分析。结果表明:凹槽改变了槽内以及周边流体的流动轨迹,降低了通道内的横向压力梯度,阻碍了端壁附面层低能流体向吸力面的聚集;同时,凹槽的存在提高了压气机的气动性能和叶片的扩压能力,使二次动能和总压损失系数分别减少了9.52%和6.5%。     

轴流压气机动叶端区的控制体分析方法及其在周向槽机匣处理中的应用

本文从实际应用角度出发,提出了一种基于三维数值模拟,作用于动叶端区的控制体分析方法,可用于初步筛选不同轴流压气机周向槽机匣方案.在对失速机理是主流/泄漏流交界面在前缘溢出的认识基础上,确定了以动叶端区轴向动量作为衡量不同周向槽方案对压气机稳定性影响的特征量.在转子动叶端区设置一系列离散控制体,依照叶顶流动的影响区域来确定控制体的覆盖范围.通过观察有槽和无槽结构控制体上累加的轴向动量的变化,以跨音转子的多槽为例,分析比较了不同周向槽方案的扩稳能力.另一例子是对低速压气机利用该方法筛选出具有最佳扩稳能力的双槽,并以实验研究验证了这一分析方法的可靠性和潜力.     

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。     

跨音轴流压气机转子叶尖喷气扩稳机理分析

对跨音压气机Rotor35进行了多通道全三维定常/非定常叶顶喷气数值模拟。数值计算所获得实壁机匣总性能与试验结果符合良好。计算表明使用3.6%转子堵塞流量的叶顶喷气量可以获得21.4%的扩稳效果。定常计算结果显示叶顶喷气重点影响0.9叶展以上区域,使得该区域进气攻角和扩散因子减小,从而降低叶顶载荷,减小了由激波和泄漏涡相互作用形成的通道堵塞。非定常计算结果显示,叶尖喷气的扩稳效果来自两方面:一是对某一叶片叶顶的卸载作用;二是对激波/泄漏涡干扰形成的低能区重新注入轴向动量。后者对通道流通的改善作用大于前者。非常高的喷射频率使得叶顶喷气能够抑制每个通道中低速区的进一步增长,从而实现了对压气机的扩稳。     

梯状间隙结构对轴流压气机影响的试验与数值模拟

采用试验和数值模拟的方法研究了梯状间隙结构对轴流压气机转子性能以及内部流动的影响,在某单级轴流压气机试验台上,在5059r／min和8130r／min两个换算转速下分别对三种不同的机匣结构进行了详细的试验测试,结果表明:与具有设计间隙的实壁机匣结构相比,两个转速下梯状间隙结构的引入能够在扩大压气机的稳定工作裕度的同时使得压气机所有流量工况下的压比和效率均有一定程度的改善;对具有梯状间隙的压气机转子内部流场进行了详细的数值模拟,揭示阶梯状间隙结构内部流动机理。     

跨音压气机机匣冷却流动控制方法研究

近年来轴流压气机非绝热效应逐渐得到学者们的关注,已有研究表明,采用冷却可以提高压气机整体性能。本文在跨音轴流压气机中针对壁面冷却机理进行探讨,并分别针对跨音转子Rotor 37以及某F级燃气轮机压气机首级模化1.5级实验台开展壁面冷却流动控制方法数值研究。在保证压气机相同进口流量时,在单排跨音转子Rotor 37动叶上游机匣处采用壁面冷却,能够有效减小当地音速及增大流速,从而增大叶顶区域激波前相对马赫数,进而增强激波,提高压气机在设计工况点的增压能力。进一步,在1.5级压气机中考察多排环境下壁面冷却作用,冷却分别应用于机匣及进口导叶上,研究结果表明,壁面冷却同样可以提高压气机气动性能。对比机匣冷却与进口导叶冷却两种方式,可知其机理不同,在跨音压气机中机匣冷却具有简便易行且效果显著的特点。     

基于喷管节流的轴流转子非轴对称间隙布局研究

实际工作中的压气机转子叶尖间隙往往存在着非轴对称性,对压气机性能及稳定性产生影响.本文以上海交通大学LSRC压气机实验台的第一级转子为研究对象,开展了转子非轴对称间隙布局的数值模拟研究.在数值模拟中,通过在转子出口设置喷管的方式模拟节流过程,分析了喷管结构对压气机性能的影响,并对该方法与常规背压节流方法进行了对比验证....     

带压力面小翼的压气机转子叶顶间隙效应研究

以低速轴流压气机转子为研究对象,数值研究了设计转速不同叶顶间隙条件下有/无压力面小翼的压气机转子气动特性。结果表明:随着叶顶间隙尺寸增加,压气机转子气动性能降低。在三种叶顶间隙情况下压力面小翼均使得转子最大静压升系数和效率有所降低,失速裕度分别改善4.32%、8.20%和4.80%。通过与常规转子叶尖区域流场结构的详细对比,对压力面小翼影响转子叶尖端区流动的机理做出解释。