吸力面小翼对扩压叶栅旋涡结构的影响

本文采用经过实验校核的数值模拟方法对某压气机动叶原始叶型和吸力面叶尖小翼叶型流道旋涡结构进行了详细分析.结果表明,原始叶栅流道中存在四个旋涡,即上通道涡、下通道涡、下集中脱落涡和叶顶泄漏涡。吸力面叶尖小翼的应用使得叶栅流道内的旋涡结构发生了变化,叶尖小翼抑制了叶顶泄漏涡的强度,从而使得上集中脱落涡得以出现,同时还使得叶顶泄漏涡的衍生涡被撕裂成两个衍生涡.正是由于叶尖小翼改变了叶栅流道内的旋涡结构,使叶栅流场的气动性能得到了改善.     

非光滑叶片对叶栅流道内通道涡影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片叶栅及三种非光滑叶片叶栅进行了实验研究,以研究 与光滑叶片相比,非光滑叶片对叶栅流道内通道涡发展变化的影响。实验结果表明,与光滑叶片相 比,非光滑叶片对叶栅流道内的通道涡有明显的影响,通道涡的位置沿节距方向移向流道中心处, 沿叶高方向不变,通道涡的强度有所减弱。分析了非光滑叶片的影响原因。     

高负荷弯曲扩压叶栅中旋涡流动的研究

在不同冲角下,采用五孔探针对三种大弯角压气机叶栅流场进行了详细测量,并利用数值模拟研究了流动分离和旋涡结构对弯叶栅气动性能影响.结果表明,叶栅流道内旋涡由多涡结构向单一涡结构转变的趋势明显,叶片正弯曲加强了近吸力面涡系径向掺混作用;高负荷压气机叶栅中采用正弯叶片,必须抑制中部流动恶化.     

热斑旋流对燃气透平高压静叶的影响研究

为了揭示热斑和旋流对燃气透平高压静叶的影响机制,本文运用自主开发的有限体积求解器,对LISA一级半透平受到正对通道中心的热斑旋流影响进行了数值计算研究。本文详细阐述了热斑和旋流在叶片通道内的流动过程,研究了其对燃气透平高压级静叶的温度分布、叶片表面压力分布的复杂影响以及热斑旋流通过静叶通道时热斑形态变化和通道内涡系结构变化。     

基于高精度WENO格式的平面叶栅内流大涡模拟

基于5阶WENO格式结合AUSM+-up通量分裂方法编制密度基有限差分数值计算程序,并对NACA 65平面叶栅在不可压和亚音速工况下的流动进行三维大涡模拟研究,计算所得翼型表面时均压力系数分布与文献中实验结果符合较好,使数值算法和计算程序的可用性得到验证。大涡模拟获得了叶栅流道内瞬态流场的细节特征,体现了高分辨率格式捕捉精细流动结构的能力。本文工作为针对叶轮机械复杂可压缩内流问题进行更深入的高精度LES研究奠定了基础。     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响

叶顶间隙流动是导致涡轮动叶中产生流动损失的主要原因之一.对某动力涡轮第一级内三维流动的数值计算结果表明,流体在经过动叶叶顶间隙以后在约25%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)在叶顶与吸力边夹角处卷起形成间隙涡,造成流动阻塞,同时在间隙内叶片顶部10%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)开始在压力边出现叶顶分离涡,使得间隙流动损失增加.随着间隙高度增大,通过间隙的流量增加,间隙涡形成位置后移,间隙涡、叶顶分离涡尺寸变大,在流道内影响范围增大,导致流动损失变大.     

畸变条件下非轴对称静叶对风扇流场影响的数值研究

为了研究非轴对称静叶应用于风扇/压气机中提高畸变条件下工作性能的可行性,本文对轴对称风扇和非轴对称风扇开展了非定常数值研究,获得了两型风扇在均匀进口和畸变进口条件下的特性曲线,并对两型风扇在畸变条件下的流场进行了对比和分析,结果表明:畸变条件下,非轴对称风扇在设计点处的效率和流量相对轴对称风扇有很大提升,而压比下降很小;非轴对称静叶可以抑制畸变区静叶角区分离,同时可以降低动叶非畸变区激波强度;在畸变流体影响的流道内,采用非轴对称静叶可使低能流体沿径向迁移并被主流吹出流道,从而使分离区减小。     

静动干涉流动的分离涡模拟研究

本文基于一种并行高精度的静动交接面处理方法,采用了SA模型及基于SA的分离涡模拟DES方法,进行了某压气机静动干涉流动的计算.研究表明对本文算例,在微小分离处,如20%到80%叶高处,DES与SA计算出的流动损失相差很小;而在大分离处,如叶根叶顶处,DES结果与SA差别较大,并且DES可更好地描述涡结构.在叶顶处,DES计算出比SA更强的泄漏流动,导致更大的损失.在叶根处,DES计算出了明显的静叶动态尾迹涡脱落现象,这一现象导致了与SA不一样的损失机理,即脱落涡与动叶头部相撞而产生时序效应,从而使计算损失较小.同时,本文研究结果与之前对孤立静叶的研究是相互验证的.     

跨声速风扇流场中弯叶片抗畸变能力研究

采用全流道三维非定常数值模拟的方法研究了进口总压畸变条件下静叶弯叶片对跨声速风扇流场的影响,给出了静叶弯曲对风扇流场的改善情况.重点分析了不同叶高处动静叶流场的变化情况.     

Visualization of tip vortex flow in an open axial fan by EFD

The behavior of tip vortex in an axial fan without casing wall (called open axial fan) was discussed and analyzed. The velocity measurement was performed by using two-components Laser Doppler Velocimetry (LDV) system. The detailed velocity and vorticity distribution inside blade passage and downstream of rotor were obtained. Thus the structure of tip vortex and its behavior were graphically visualized by experimental fluid dynamics (EFD). The tip vortex flow trace was indicated with the calculation of vorticity. As a result, it was found that tip vortex was generated at blade tip region near leading edge and it extended to downstream of blade exit with its core tending inward to hub direction. In addition, leading edge vortex was also found at the forepart of the experimental open fan.     

单转子压气机设计状态和近失速状态出口三维紊流流场

用单斜丝详细测量了单转子压气机设计状态和近失速状态转子出口的三维素流流场。结果表明，设计状态叶尖泄漏涡和端壁附面层的掺混是造成尖部流动损失、气流阻塞和亲流脉动的主要原因。近失速状态流动三维性和非定常性较强；尖部吸力面角区轴向速度最低、相对动能损失最大；吸力面附面层径向潜移、叶尖吸力面角区低能团周向潜移及其输运的低能物质在尖部通道中部与叶尖泄漏流、泄漏涡、刮削涡发生掺混，造成尖部大范围的高损失区；根部和尖部吸力面阻面层局部发生分离。     

1＋1/2对转涡轮高压动叶顶部间隙流场数值研究

本文对1 1/2对转涡轮中高压动叶顶部间隙中的流动进行了详细的数值研究.通过分析沿弦向不同位置截面上的相对马赫数、速度矢量及静压等的分布,研究了高压动叶间隙及附近的波系及涡系分布.由于1 1/2对转涡轮高压动叶为缩放型流道,其间隙中出现了明显的超音流动,这与普通涡轮间隙中的流动存在明显不同.     

轴流压气机时尖泄漏涡的时均流动

用三维激光多普勒测速系统测量研究低速大尺寸单级压气机设计状态转子内尖区流场．结果表明，泄漏流在气流一进入转子叶片通道就开始发生，发生于前半弦长，其诱导形成的泄漏涡约在30％弦长处达到最强，随后逐渐衰减，其涡核顺下游慢慢向压力面方向和低时高方向移动，涡核在转子出口移至通道中部．泄漏涡影响区域沿流向逐渐扩大，并向压力面方向和低叶高方向移动．设计状态叶尖泄漏涡在转子尖区流动中起主要作用，是造成尖部流动阻塞的主要因素．     

不同间隙条件下的叶顶区流动

本文用数值方法研究带有间隙的三维叶栅叶顶区的流动。对于不同大小的间隙及环壁静止与旋转的不同壁面条件,揭示了叶顶区流动的细节。计算结果表明,叶片当地厚度与间隙高度之比过大过小的情形均不易形成叶顶分离涡,相比轮毂静止的情形,轮毂转动时较不易形成叶顶分离涡。     

近失速状态轴流压气机转子内尖区三维流动结构

用激光测速系统测量了低速大尺寸单级压气机近失速状态转子内尖区三维流场。结果表明泄漏流在转子进口开始产生,泄漏涡约在１０％弦长最强,并迅速向压力面和低叶高方向移动,沿程造成高紊流和高阻滞。叶尖吸力面附面层发生分离,迫使角区低能物质和旋涡在下游逐渐向通道中部移动,造成转子出口尖部通道中部大面积流动阻塞和紊流脉动。角区旋涡及泄漏涡影响区域紊流强度较高,其中径向分量最高,远大于轴向和切向分量。前缘马蹄涡压力面分支存在于转子进口叶尖压力面角区,并迅速向低叶高和通道中部移动,约在２０％弦长和泄漏涡交汇。     

Investigation on the Flow Field Entropy Structure of Non-Synchronous Blade Vibration in an Axial Turbocompressor

In order to explore the inducing factors and mechanism of the non-synchronous vibration, the flow field structure and its formation mechanism in the non-synchronous vibration state of a high speed turbocompressor are discussed in this paper, based on the fluid–structure interaction method. The predicted frequencies f_BV (4.4EO), f_AR (9.6EO) in the field have a good correspondence with the experimental data, which verify the reliability and accuracy of the numerical method. The results indicate that, under a deviation in the adjustment of inlet guide vane (IGV), the disturbances of pressure in the tip diffuse upstream and downstream, and maintain the corresponding relationship with the non-synchronous vibration frequency of the blade. An instability flow that developed at the tip region of 90% span emerged due to interactions among the incoming main flow, the axial separation backflow, and the tip leakage vortices. The separation vortices in the blade passage mixed up with the tip leakage flow reverse at the trailing edge of blade tip, presenting a spiral vortex structure which flows upstream to the leading edge of the adjacent blade. The disturbances of the spiral vortexes emerge to rotate at 54.5% of the rotor speed in the same rotating direction as a modal oscillation. The blade vibration in the turbocompressor is found to be related to the unsteadiness of the tip flow. The large pressure oscillation caused by the movement of the spiral vortex is regarded as the one of the main drivers for the non-synchronous vibration for the present turbocompressor, besides the deviation in the adjustment of IGV.     

叶轮机械中叶顶间隙形态对气动性能影响的数值研究

本文针对几种不同形态的叶栅顶部间隙,在环壁转动与静止的不同情况下,研究间隙内的泄漏流动对三维粘性流场的影响。结果表明,至少对本文算例而言,在相同的工作条件下,具有适当小间隙的叶栅往往可以获得比无间隙叶栅更高的效率;而在相同的切向泄漏面积下,沿流向渐扩型间隙的叶栅可以获得更高的效率．本文的结果可以从定性和定量的角度为改进设计并合理利用叶栅间隙的泄漏流动提供参考．     

轴流压气机小流量状态转子叶尖泄漏涡的三维流动

用三维激光多普勒测速系统测量了低速大尺寸单级压气机小流量状态转子内尖区三维紊流流场。小流量状态下叶尖泄漏涡产生于更靠近转子叶片前缘,旋涡强度大,发展迅速,在转子内距离前缘约２０％轴向弦长的截面达到最强,在８０％轴向弦长附近发生破裂。泄漏涡是造成转子内尖区流动阻塞和紊流脉动的主要因素之一。在约７５％弦长的轴向截面,吸力面角区发生旋涡流动,造成较强的流动阻塞和紊流脉动。