多级轴流压气机叶栅内三维紊流流场的数值模拟

对多级轴流压气机叶栅内三维紊流流场进行数值模拟,采用高精度高分辨率的三阶ENN格式以保证对激波的捕捉和对紊流特征的正确模拟,利用LU-SGS隐式解法提高了计算速度,从而构成了一种既准确又高效的多级跨声速轴流压气机紊流流动数值求解系统。重点研究了动静网格的交接方法及相应的动静交接面处理模型。计算了某带进口导叶的三级轴流压气机,计算结果与实验数据吻合较好。     

叶轮机械非定常流动研究进展

本文就叶片排进出口流场畸变型动力响应、压缩系统气动稳定性、叶轮机械非定常气动问题的数值模拟以及失速颤振轴流压气机系列转子实验等４个方面问题,从非定常气动力学角度作一概述和展望      

轴流压气机机匣处理研究进展及评述

喘振和旋转失速裕度等稳定性问题是压气机设计者所关心的主要问题之一, 不稳定 流动大多数情况下都是从压气机端部区域开始的, 如果能够延迟端部区域的失速, 就能提高压气机的稳定工作范围. 在过去的30多年中,许多种型式的处理机匣结 构被用于改善端部区域流动, 提高压气机的稳定工作范围. 从机匣处理的实验 研究、理论分析和数值模拟3个方面对轴流压气机机匣处理的研究进行了回顾, 讨 论了处理机匣内部流动机理及其对轴流压气机性能和稳定性的影响, 并指出了机匣 处理研究的发展趋势.     

用粘性体力方法计算轴流叶轮机械内部流场

阐述了一种用于叶轮机械内部三维粘性流场计算程序。该程序以有限体积显式时间推进方法为基础,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率。使用上述方法计算了NASA 37^#跨音速压气机转子流场,并与实验结果进行了比较,从而证明文中提出的方法能够快速、准确地模拟轴流叶轮机械内部复杂三维流场,该方法具有较强的工程实用意义。     

多重网格法求解轴流压气机内部流场

提出了一种能够与显式时间推进法、有限体积差分格式、粘性体积力法有效地配合使用的有效地配合使用的多重网格法来解轴流压气机内部流场。作者对美国NASA37^#跨音速轴流压气机转子内部流场的数值计算表明,多重网格法的计算结果与试验结果吻合, 同时该多重网格法的收敛速度比不用多重网格法加快了1．5倍。     

多级轴流压气机多叶排调节扩稳优化分析

整理和归纳出合适的流动损失和落后角模型,并将其与逐排基元叶片算法相结合,给出了计算多级轴流压气机特性工程方法;进一步将其与复合形优化方法相结合,对多级轴流压气机多叶排调节扩稳进行了优化模拟,并应用于某8级轴流压气机算例计算.结果表明,在部分转速工况下,采用带性能约束的优化调节在不明显降低性能的同时能够显著减小多级压气机不稳定点流量;在设计工况下,采用适当的变几何优化调节不仅能明显扩大压气机稳定工作范围,还能明显提高压气机绝热效率.     

压气机近失速点旋涡流场时空演化分析

为了探索轴流压气机内旋涡流场的时空演化特征, 对一台压气机转子的流场进行了时间精确的数值模拟. 通过对转子不同轴向位置的流量分析发现, 在压气机近失速工况附近, 压气机进口流量波动约为最大流量的2%. 对旋涡流场的进一步分析发现, 叶片尾缘附近吸力面的旋涡流场摆动是导致压气机进口流量波动的主要原因.      

涡轮增压器离心压气机非稳态工况流场分析

利用商用 CFD 软件对一小型车用离心压气机建立了数值模型,并将模拟结果与实验结果进行了对比:稳态的设计转速最高压比相差不超过 0.5%,最高效率相差不超过1.5%;非稳态模拟和实验得到的失速频率均为 3000Hz,模拟结果真实可信.主要利用设计转速下小流量工况时的非稳态数值模拟结果对喘振发生前离心压气机各部件的非稳态流动特点进行了详尽阐述.研究结果表明:小流量工况时离心压气机各部件均出现非稳态流动现象,这种非稳态效应在各部件中表现出不同的特点,且随着流量的减小这种非稳态效应会不断加剧.     

轴流压气机级内三维粘性流动的数值模拟

考虑轴流压气机中实际气流沿径向和周向都不均匀的特点,采用亚松弛方法改进传统的混合界面模型,发展了轴流式压气机级内全三维粘性流场的数值计算程序,并以某轴流式双排对转压气机的进口导叶/转子为研究对象,将本文发展的程序与商用 NUMECA 软件的结果进行对比,对本文发展的程序进行了验证。对比结果表明：由于混合界面法引入了“人工掺混”,商业软件计算得出的总压在通过交界面时存在一定的总压损失,而自编程序计算结果保证了总压在交界面处的一致性。流场分析结果表明：该转子叶片在设计工况下处于负攻角状态,在导叶出口轮毂处、压力面50%弦长处、吸力面靠近尾缘处均出现了轻微的流动分离现象。     

计算多级轴流压气机阻塞系数和减功系数的新方法

讨论了轴流压气机环壁边界层的流量阻塞效应和减功效应,提出了一种工程上可以简便适用波压气机设计和分析用的新的阻塞系数和减功系数计算方法,并应用于二台导叶可调及淡可调的十多级轴流压气机变工况的性能分析计算,结果与实验值吻合良好。     

基于进气射流的压气机失速主动控制系统仿真

针对一轴流压气机，构造了利用进气射流对旋转失速进行主动控制的控制系统，发展了以Ｍｏｏｒｅ－Ｇｒｅｉｔｚｅｒ模型为基础的系统数学模型并进行了数值仿真研究。结果表明，该控制系统可有效地抑制压气机中旋转失速的发生。     

喷水推进双级轴流泵流体动力性能CFD分析

采用高质量结构化网格对某喷水推进双级轴流泵整个数值模拟系统的各部件进行区域离散,利用CFD方法预报该泵扬程、功率和效率等外特性,分析其内部流动情况。计算结果与实验数据的较好吻合证明了CFD方法可以作为通过试验求取喷水推进双级轴流泵特性曲线的辅助方法。研究中对有、无轴情况下双级轴流泵外特性的预报和比较结果表明,轴对该泵动力性能预报结果影响不大;通过计算叶片压力分布,验证了该双级泵叶轮叶片设计中采用的线型;通过观察一、二级导叶出口的流动状态,分析了该泵设计中存在的缺陷,并为导叶改进设计提出建议。     

轴流压缩系统过失速行为的非线性分叉分析

采用Greitzer的轴流压缩系统数学模型，按照B参数对压缩系统不稳定行为的影响，分阶段对从失速到喘振的过失速过程进行非线性分析，并得到了临界点B附近的变化规律。基于分叉理论，证明了在产生Hopf分叉后，系统可产生唯一且稳定的极限环，且在有限域内的系统轨迹趋近于这个稳定的极限环。     

离心压缩机蜗壳型线的一种二维逆命题计算方法

本文提出一个蜗壳型线的二维逆命题计算方法。该方法考虑了蜗壳进口流动参数沿圆周方向分布不均匀和蜗壳周向平面内损失分布的影响；改进蜗壳与叶轮或扩压器之间的匹配关系，改善离心压缩机和风机的性能，提高蜗壳的设计质量。     

离心风机子午通道内湍流场数值模拟

由进风口－叶轮－无叶扩压器－蜗壳等部件组成的离心风机通道内流分析是非常复杂的，目前还只能是分别计算各部件内的流场，但必须考虑部件间的相互影响。本文采用轴对称Ｎ－Ｓ方程，根据三维叶轮通道计算给出的叶片力分布，求解了考虑叶片力的进风口－叶轮－无叶扩压器组成的子午通道问题，所得结果可用来给出三维叶轮通道计算的进口条件，并可用于优化设计进风口及叶轮前、后盘形状。该方法已得到实践检验。     

小型高速离心压气机级内部的三维流场分析

利用三维数值模拟技术对微型燃气轮机中的离心压气机部分进行了数值分析,得到了离心压气机设计转速下的级特性曲线和各通流部件中的流动情况。数值分析表明:设计转速下压气机的级特性非常陡峭;整个特性线范围内离心叶轮基本在亚音速情况下工作,而径向扩压器是在跨音速条件下工作,离心压气机整机的最大流量是由径向扩压器的喉部面积决定的;离心压气机级内部各通流部件之间流动的相互干扰是引起流动分离的重要原因,各通流部件之间流动的相互匹配和协调将决定了离心压气机整机的性能和稳定性。     

Unsteady influence of Self Recirculation Casing Treatment (SRCT) on high pressure ratio centrifugal compressor

Self-Recirculation-Casing-Treatment (SRCT) is a widely employed method to enhance aerodynamic stability of a centrifugal compressor. This paper investigated unsteady effects of SRCT on the flow in a transonic centrifugal compressor via numerical method validated by experimental test. Firstly the static pressure distribution in the compressor without SRCT is measured for information of boundary conditions as well as validation. Then a 1-D unsteady model of a single passage is built and validated based on the experimental results. Next, the 1-D model of a passage with SRCT is built to investigate the unsteady influence of the SRCT on the flow in the passage. Finally 3-D unsteady CFD is employed to investigate the detailed influence of SRCT on the flow field in impeller passages. Results show that the topology of the passage with SRCT can remarkably damp the distortion propagating from downstream, hence depress the magnitude of the inlet flow distortion. Furthermore, the width of the rear slot in SRCT is the key factor for the damping effect. The 3-D simulation results further show that the fluctuations of the re-circulated flow rate via the front slot is depressed by the SRCT which is attributed to the damping effect of its configuration.