高速压气机不稳定流动声测量技术研究

本文叙述了用声测量技术研究高速压气机的旋转不稳定特性、失速先兆及失速过程,建立了一套测量方法、测量系统,测量了高速压气机管道内声场的时域波形、频谱和管道声模态,结果分析表明:在没有激波的条件下高速压气机的管道声场中也存在低速压气机中可能存在的不稳定分量,但在有激波存在时无法分辨激波分量和不稳定分量,也未发现激波噪声分量的模态特征。所建立的测量系统具有高速、大容量、连续采集多通道信号的能力,并有快速计算频谱和模态的功能,使这种测量技术可成为一种常规研究压气机不稳定特性、失速机理和失速过程的有效方法。     

旋转进口畸变与轴流压气机旋转失速相关联的模型与实验探索

本文自行设计了轴流压气机旋转进口畸变发生装置.基于M-G模型,建立了轴流压气机旋转畸变模型.采用数值模拟和实验测量相结合的方法研究了轴流压气机在发生旋转进口畸变情况下的失速过程.试图通过分析畸变扰动与旋转失速之间关联性来探索压气机失稳的触发机理.研究结果表明:在旋转畸变条件下,压气机旋转失速总是始发于畸变扰动位置.     

单级跨声速压气机旋转失速模拟方法

为了研究多排跨声轴流压气机旋转失速先兆的表现形式与失速演化规律,基于自主研发的CFD软件AS-PAC,通过发展动态重叠网格技术,流量出口边界条件以及节流阀边界条件,对单级跨声速压气机NASA Stage 35由近失速状态到完全失速状态的过程进行了模拟.结果表明,发展的数值模拟方法能准确地模拟多排压气机的旋转失速发展过程...     

轴向间距对压气机失速特性的影响

采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,对叶尖、叶中和叶根三个截面上的动态压力进行测量,实验研究了六个轴向间距下压气机的旋转失速特性。实验结果表明:轴向间距对压气机失速点的流量系数影响很大,转静子轴向间距减少,压气机失速推迟;压气机刚进入旋转失速的模态与轴向间距有关,轴向间距较大时,压气机首先进入多团全叶高旋转失速,当轴向间距为21％CR时,压气机直接进入单团全叶高旋转失速;轴向间距不同,近失速点的压力扰动也存在差别。     

非对称进气双面离心压气机不同后弯角离心叶轮拓稳特性研究

以非对称进气双面离心压气机为研究对象,采用数值方法研究了两侧叶轮后弯角不同的双面离心压气机在稳定工作范围上存在的差异。通过改变两侧叶轮出口后弯角的大小,平衡两侧叶轮的流量分配,进而延迟工作模式的转变,抑制后方叶轮的提前失速,达到减小双面离心压气机失速流量的效果.首先采用理论计算的方式总结出了一种求取最佳叶轮组合的方法,其次选择了两侧叶轮后弯角相差20°,10°以及原始对称叶轮三个模型进行对比分析。结果表明,两种改型方案都能够减小双面离心压气机的失速流量。两侧叶轮后弯角相差10°的叶轮组合方案能够延缓工作模式转变,并使失速流量减小.两侧叶轮的后弯角相差20°则会使得拓稳范围更宽,最终会进入前方叶轮失速状态。     

扩压器叶片前缘开槽结构对高负荷离心压气机性能影响研究

离心压气机在小流量工况下,扩压器叶片进口气流为正攻角,其吸力面产生流动分离,恶化压气机性能从而诱发失速。为改善近失速点扩压器内部的流场,拓宽离心压气机的稳定工作范围,本文对扩压器叶片前缘进行开槽处理,采用经过校核的RANS方法探究不同开槽结构对高负荷离心压气机的性能影响及内部流动机理。研究发现:近失速点原型扩压器的压力面和吸力面两侧同时存在大范围的流动分离,本文研究的直槽和斜劈型2种开槽结构均能有效地抑制扩压器通道内的流动分离并提高压气机的失速裕度。但随着开槽深度和长度的增加,斜劈型开槽结构会恶化扩压器通道内的流场,致使压气机性能急剧降低。     

离心压气机突尖失速预测与模态识别方法

本文以带有蜗壳的离心压气机为研究对象,首先采用压缩动态模态分解方法对叶轮失速扰动结构进行提取和分析;其次,基于线性稳定性理论,建立叶轮入口z-θ圆柱面的二维稳定性分析方法,对失速诱发的流动失稳扰动传播进行研究.结果表明,由叶片前缘溢流引起的失速扰动可以分解为四种形式:基本流场扰动、叶频和转频引起的扰动、压气机在失速先兆...     

旋转进气畸变下的两级压气机扩稳实验研究

针对旋转进气畸变诱发的流动稳定性问题,在两级压气机上开展了基于失速先兆抑制型(Stall-Precursor-Suppressed,SPS)机匣处理的气动扩稳实验研究。在两级低速压气机实验台上数模拟旋转畸变进气条件,研究不同的畸变程度下旋转畸变对两级压气机稳定性的影响,并考察在第一级转子前缘上方安装SPS机匣处理后的扩稳效果。在畸变转速小于600r/min时,压气机稳定边界向右移动,效率下降明显。畸变转速大于800r/min时,旋转畸变对两级压气机作用效果趋于改善,相对而言,反向畸变比正向畸变具有更好的延缓失速效果。SPS机匣处理在不同畸变程度下均具有扩稳作用,失速裕度改善可以达到2%～7.9%,并且带来的效率损失均小于1%。     

弯曲动叶对跨音轴流压气机性能的影响

对具有弯曲动叶的跨音轴流压气机性能的数值研究表明,反弯曲动叶中通道激波沿径向倾斜角度最大,在顶部移向下游,在中部移向前缘,提高了失速裕度,但也增加了中部损失,反弯曲动叶级效率最低。正弯曲动叶中通道激波在顶部前移,失速裕度下降,通道激波近似为径向,负荷沿叶高分布均匀,气动效率最高。通道激波位置合理分布是弯曲动叶改型设计成功的关键。     

电动离心压气机主动控制扩稳方法研究

为了适应车用宽工况范围需求,燃料电池离心压气机需具有宽的稳定流量范围,而喘振限制了离心压气机小流量工况工作的稳定性。针对燃料电池离心压气机为电动离心压气机的特点,本文提出了一种通过控制电机转速动态变化的主动控制扩稳方法。通过试验研究发现,相较于无主动控制的情况,采用主动控制使电机转速以正弦波形式主动变化时,可削弱失速、喘振等引起的压力振动幅值,实现失速和喘振的抑制。当电机转速以频率为7 Hz,无量纲幅值为0.2%的正弦波形式变化时,在测试的低转速范围内,深喘起始的背压阀度均有减小,其中在40000 r·min~(-1)时减小最显著,相较于无主动控制情况减小达6.3%。     

低速离心压气机的全工况数值模拟和校核

本文选用不同的计算模型和网格数目在全流量域对NASA低速离心压气机进行了数值模拟,通过与实验数据的对比检验了计算结果的精度,为具有无叶扩压器结构的低压离心压气机确定了合理的计算方案。同时通过计算结果的观察和对比,分析了小流量下叶轮内部流场的部分变化特征。     

离心压气机非定常流动频域特性

以涡轮增压器56 mm离心压气机为研究对象,采用定常流动求解方法,对其三种不同转速下的工作特性进行了预测并与实验进行了对比分析;应用相延迟方法,对高转速近失速点工况下压气机内部的三维非定常流动进行了数值模拟及频谱分析,对叶轮流道、无叶扩压器以及蜗壳内的流动频谱特性进行了初步分析.频域分析表明,对于本文所研究的离心压气机,非定常脉动特性主要表现在叶轮流道中,是诱发压气机气动噪声的主要因素,而在蜗壳内,非定常脉动特性显著减弱.     

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．     

无叶扩压段型线对离心压气机性能的影响

本文设计了无叶扩压段轮盖侧型线,并采用CFD软件数值模拟了采用两种不同轮盖侧型线结构的离心压气机级．分析了无叶扩压段内部的流动结构和熵的分布．计算结果说明无叶扩压段轮盖侧型线对上游叶轮、下游叶片扩压器以及离心压气机级性能有较大影响．     

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%。     

低速轴流压气机单转子旋转失速三维数值模拟和实验比较

本文通过求解三维不可压N-S方程,对三级低速轴流压气机第一级的孤立转子进行数值模拟,在出口加上节流阀进行了非定常计算,得到了失速先兆的特性,并且与压气机失速实验进行了比较。结果表明,计算与实验的特性线符合较好,单转子三维计算与压气机三级实验中第一级转子在失速先兆和失速团的特性一致。并且数值失速过程中动叶通道内部动态压力的变化与实验结果也很接近。     

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.