轴流压气机设计中"掠"的另类认识

本文回顾了“掠”的历史发展,对“掠”机理进行探讨,给出了关于轴流压气机设计中“掠”问题的另类认识: “掠”仅是叶片设计的一个自由度,其通过叶片基元负荷全工况范围内的展向匹配影响轴流压气机失速裕度;通过激波、附面层、叶尖泄漏流、二次流等因素对效率产生影响,这是个折衷过程。     

掠叶片对压气机叶栅流场性能的影响

研究叶片掠对某型涡扇发动机风扇导叶流场性能的影响。结果表明,掠叶片改变了压力场分布。后掠将增加端壁损失,加强角隅失速;前掠是降低端壁损失,减缓角隅失速的有效手段。掠角越大降低端壁损失的效果越好,但中部损失增加,存在对应最小叶栅损失的最佳掠角。此外还应选择小的掠高。     

基于近似模型的透平机械多目标优化

本文研究了采用多目标优化算法NSGA—II与前馈神经网络的耦合优化方法的收敛性问题。提出了一种改进的拥挤距离和coarse-to-fine的迭代策略,有效地解决了原耦合方法不收敛的问题。在此基础上,提出了基于数值模拟和耦合优化方法的多目标气动设计框架,并对转子37进行了三目标优化。优化结果表明,多目标优化结果的气动性能...     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

高负荷后掠风扇设计若干基本问题

1单级风扇ATS－2（Ad、ncedTransonicStage）设计概述目的是探索总增压比为4．3的两级风扇的设计技术。指标为：设计后掠风扇进口级的缩尺实验件;级增压比2．2;级绝热效率不小于85％;喘振裕度不小于12％。取进口级增压比为2．2,意味着这类单级的增压比已超过大多数于50～80年代设计并服役的涡喷、涡扇发动机前两级轴流级的总增压比,例如WP7发动机。这就需要选用更高的叶尖线速度（相对来流马赫数）。于是这类高性能跨音级的技术特征为级压比高,线速度高,单位迎面流量大,转子叶片后掠或前掠。这时效率的维持主要受到两方面的制约…     

跨声速轴流压气机动叶弯和掠效应的应用

对一单级跨声速轴流压气机的动叶分别进行了前掠和正弯研究,然后针对前掠和正弯叶片各自所存在的问题分别作了改进.对掠动叶中部的叶型做了二维改型以降低中部的激波强度和分离损失;对弯动叶不同截面叶型的安装角进行调整以消除正弯对动叶出口气流角的影响.最终应用前掠和正弯动叶的压气机的效率得到明显的提高.在对正弯和前掠动叶研究的基础之上,对动叶进行了前掠和正弯相联合的设计以综合利用弯和掠的有利作用.同时对弯掠动叶中部截面的叶型进行了二维改型以降低中部分离损失,并且对不同叶高截面的安装角进行调整以消除对出口气流角的影响.最终应用弯掠动叶的压气机效率和失速裕度都得到显著提高.     

高负荷跨音转子复合掠优化设计研究

采用复合掠设计的两跨音转子在中径附近的气动损失比单纯的前掠转子要明显减弱,同时其等熵效率和失速裕度比原型转子分别相对提高了1%和5%~10%。与原型转子相比,两复合掠转子由于叶尖前缘附近载荷的降低使得由该区域产生的泄漏涡强度明显减弱,同时其吸力面附面层内低能流体在叶尖后半段的堆积也有所减少。两因素使复合掠转子在叶尖区域的气动损失和堵塞效应明显降低。此外在复合掠设计的基础上对掠转子的叶型几何做进一步优化后,使新转子的总体性能和结构强度又得到明显改善,尤其是失速裕度比原型转子相对提高了18%以上。     

应用弹性振子点阵模型数值模拟表面带裂痕材料中的激光激发声表面波

本文将激光等效为垂直力源,建立弹性振子点阵模型,并采用数值模拟的方法对线源激光在金属材料中所产生超声及其传播进行了研究,着重针对有无裂痕材料表面上接收到的波形进行了对比和分析。该方法特别适合处理边界问题,因此也易于处理有缺陷材料中的激光超声问题。     

后掠机翼的横流不稳定性分析及转捩预测

后掠机翼边界层的流动稳定性及转捩对翼型的设计及优化有着重要的参考价值,而横流失稳是引起后掠机翼边界层转捩的关键因素之一.以NLF（2）-0415翼型为研究对象,采用三维可压缩Navier-Stokes方程并结合γ-Re_θt转捩模式计算了展向无限长后掠机翼的基本流场.由于原始γ-Re_θt模式只能预测流向边界层转捩,因此在原始转捩模式中添加横流间歇因子项,进而对复杂构型进行横流不稳定性转捩预测.计算结果显示,利用改进后γ-Re_θt转捩模式预测得到的后掠翼型的转捩位置与实验数据吻合较好,证明了修正的转换模式的合理性和实用性.      

轴流压气机三维叶片角区失速预测Ⅰ:模型、准则与验证

角区失速预测始终是轴流压气机设计面临的难题之一,尤其当代先进三维弯掠叶片应用使得在设计阶段准确预测角区失速更加困难。探究问题根源,即便目前最成功的Lei预测模型与准则,虽然其综合考虑了逆压梯度和横向二次流影响,但仍因未考虑角区二面角下附面层交汇因素而失效于弯掠叶片角区失速预测。鉴于此,本文采用不同正多边形(包括圆)截面扩张管道计算模型,研究构建了量化表征不同二面角、不同逆压梯度环境下交汇附面层发展状态的Ψ因子,并综合考虑二次流影响建立了预测三维叶片角区失速的DJ因子,然后以NACA65系列叶栅为案例,采用数值模拟方法建立了叶栅性能数据库,据此形成了DJ因子角区分离预测准则。最后,基于国内外公开文献中叶栅、叶片试验结果对DJ准则进行了检验,并分析了DJ因子应用中需要注意的一些问题。     

某跨音风扇转子全三维设计与数值模拟

本文采用与三维流场分析程序相匹配的任意叶轮机通用叶片造型程序,进行某单级高通流、跨音、宽弦长风扇转子设计。在设计过程中,通过调整转子进口流量、出口总压、叶片最大相对厚度和前后缘厚度等参数沿径向的分布,弯度和最大弯度位置沿弦向的分布,从设计上减弱了叶片上部的激波强度、降低了激波及其关联的损失,克服了该转子叶尖高相对马赫数和低损失、高效率的矛盾。最终获得满足气动性能和结构强度的风扇转子.     

具有任意方向的扇形滤波器及其在图像方向检测中的应用

扇形滤波器在图像的方向检测中是非常重要的.本文基于极傅里叶变换和一个楔形滤波器,设计出具有任意方向的二维扇形滤波器.首先,楔形滤波器被变换到极傅里叶域,再利用极傅里叶变换的旋转特性,楔形滤波器可以通过将其极傅里叶变换沿着水平方向进行移动来实现旋转,得到一系列具有任意方向导向的扇形滤波器,它们能够检测图像中所包含的任意方向信息.由于整个设计过程不涉及二维优化,因此所提出的设计方法具有设计简单的优点.为了验证扇形滤波器的方向敏感性,将所设计的扇形滤波器应用于图像的纹理方向检测,结果表明,具有任意方向的扇形滤波器在图像纹理方向检测中具有很大的潜能.     

高速、高负荷跨音速单级风扇设计与试验

本文介绍－高性能单级跨音速风扇的设计与试验结果。该风扇设计压比２．３,设计效率０．８８,具有高切线速度５１０ ｍ／ｓ（相对马赫数达 １．７２）和低展弦比。 在气动设计过程中,为了改善级效率,使用了前缘掠型和任意空间积迭曲线新技术。为了提高气动设计的可靠性,对风扇进行了三维有粘流动计算分析和气动的优化。 试验结果表明：这台风扇性能达到了它的设计目标。设计点压比（２．３）效率为８９．５％,峰值效率达９０．８％,最高压比达２．４９１,喘振裕度超过１１．５％。 这台风扇显示了当今国际上先进风扇水平。高水平性能的取得归功于在高速和高负荷风扇气动设计中准三维和三维粘性设计系统的应用。     

A predictive maintenance procedure using pressure and acceleration signals from a centrifugal fan

This work describes a predictive maintenance procedure with a particular application to the diagnosis of unexpected events related to fluid-dynamics operating conditions in turbomachinery. The application of the procedure to a centrifugal fan is presented. The work includes an experimental study of the fan spectral behavior, revealing the characteristic frequencies of the different phenomena involved. Afterwards, a code has been developed which monitors on-line signals to detect any undesired event by comparing the levels of selected frequencies with those that obtain in normal operating conditions.     

风扇通流设计中环量分布形式的探讨

本文以时间推进通流设计方法为工具,设计了两个压比3.0级别的风扇转子,探讨了环量轴向分布形式对设计的影响.两个设计采用不同的环量分布,一为环量沿轴向线性变化,另一为环量沿轴向按余弦曲线变化,三维粘性计算结果表明,在峰值效率点,后者压比、效率和流量都高于前者.后者叶尖形成预压缩效果更为显著的叶型,对激波有更好的控制,激波后分离区小,更适合用于高负荷风扇的设计.     

Random particle methods applied to broadband fan interaction noise

Predicting broadband fan noise is key to reduce noise emissions from aircraft and wind turbines. Complete CFD simulations of broadband fan noise generation remain too expensive to be used routinely for engineering design. A more efficient approach consists in synthesizing a turbulent velocity field that captures the main features of the exact solution. This synthetic turbulence is then used in a noise source model. This paper concentrates on predicting broadband fan noise interaction (also called leading edge noise) and demonstrates that a random particle mesh method (RPM) is well suited for simulating this source mechanism. The linearized Euler equations are used to describe sound generation and propagation. In this work, the definition of the filter kernel is generalized to include non-Gaussian filters that can directly follow more realistic energy spectra such as the ones developed by Liepmann and von Kármán. The velocity correlation and energy spectrum of the turbulence are found to be well captured by the RPM. The acoustic predictions are successfully validated against Amiet’s analytical solution for a flat plate in a turbulent stream. A standard Langevin equation is used to model temporal decorrelation, but the presence of numerical issues leads to the introduction and validation of a second-order Langevin model.     

面积律在风扇子午流道修型中的应用

利用外流设计中常采用的面积律方法,对一跨声速风扇实例的子午流道进行修型,并且对修型前、后的风扇转子进行了3D数值模拟.通过对模拟结果的对比分析,可以发现转子叶尖区域的损失明显减小,稳定工作范围被扩宽,因此按照面积律方法修型是有效果的,同时也说明了面积律方法在流道修型设计中具有应用前景.     

连续面型高效率光栅分束器件的设计

阐述了用虚源法设计连续面型光栅分束器件的原理 ,提出了一种局部搜索遗传算法 ,并将其用于优化器件的性能。局部搜索遗传算法结合了局部搜索算法和遗传算法的优点 ,可以有效地克服遗传算法的“早熟收敛”现象 ,具有更强的全局收敛能力。用文中给出的方法可以得到具有较好均匀性的、高衍射效率的连续面型光栅分束器件。     

The noise of cooling fans used in heavy automotive vehicles

This paper is concerned with the reduction of noise from automotive cooling systems. A comparison is made between the use of axial flow and centrifugal fans and formulae presented for obtaining the octave sound power for each type of fan. The disadvantages of centrifugal fan installations are highlighted and axial fan design configurations are examined with the object of providing optimized systems. Experimental results are presented for different axial fans and comparisons made of the noise measurements with the ingested flow distortions measured by means of a hot wire anemometer. The results indicate the limits of maximum noise reduction which manufacturers may expect using existing fan designs and also indicates the methods for achieving maximum noise reduction for these configurations.     

小型轴流CPU风扇的CFD分析

轴流风扇被广泛应用于CPU的热管理中,作为散热关键部件,其运行状态是否良好直接影响计算机的散热性能和寿命.本文利用NUMECA的FINE~(TM)/Turbo软件包对两个小型轴流CPU风扇内部流动进行了详细的数值模拟,并与AMCA风洞的试验测试结果进行了验证对比,在此基础上对小型轴流CPU风扇内部流场进行了详细的分析,并探讨了如何提高这类风扇性能数值预测精度的途径.