非光滑叶片对轴流风扇气动性能的影响

在低速轴流风扇实验台上,通过对比测量光滑转子叶片、两种表面具有流向沟槽的非光滑转子叶片风扇的气动性能,研究了叶片沟槽面对风扇气动性能的影响.结果表明:(1)在设计状态和小流量状态,采用微槽型非光滑叶片能提高该风扇的流量、降低总压损失和提高风扇总压升;(2)在近失速状态,非光滑叶片使风扇性能下降;(3)非光滑叶片对风扇性能的影响在很大程度上取决于非光滑叶片的沟槽尺寸.     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

高负荷叶栅角区分离的叶片端区开槽实验研究

为了契合新一代高负荷压气机的发展需求,基于我们课题组前期提出的叶片端区开槽重构端区流场的新思路,进一步完善了槽道设计方法,并对一高速高负荷叶栅(扩散因子0.55)的角区流动控制进行了实验研究。首先基于控制理念及数值模拟的优化结果,得到了端区20%叶高开设两个槽道的控制方案;进一步采用实验测量了在马赫数0.59来流条件下多个不同攻角时叶片端区开槽的控制效果。结果表明,叶片端区开槽可有效重构叶片端区流场,抑制高负荷工况下开式分离的产生,改善多工况下叶片的气动性能,提高叶片的负荷承载极限;槽道出口产生的射流具有工况自适应性,可有效拓宽叶片有效工作攻角范围。     

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。     

轴流风扇叶片端导叶作用的研究

本文采用数值方法研究了叶片端导叶对轴流风扇性能的影响。通过与普通开式轴流风扇比较,分析了叶片端导叶对内部流动作用的机理.数值计算结果表明:叶片端导叶的安装位置将影响轴流风扇气动效率,安装叶片端导叶不能提高风扇静压升,但是在压力面安装时能有效地减小风扇叶顶泄漏流与主流的掺混损失;在设计流量下,压力面安装叶片端导叶使泄漏涡的作用范围较小,涡核更靠近吸力面;吸力面安装叶片端导叶弱化了泄漏涡的强度但没有减小泄漏涡的作用范围。     

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。     

低压头小流量轴流风扇气动噪声特性研究

本文提出了一套新的测试方法,能够获得全流量范围内低压头小型轴流风扇的气动和噪声性能曲线。利用所设计的测试台完成了具有不同叶片轴向掠角、安装角的微型轴流散热风扇的气动-噪声特性测试,研究安装角和气动掠对风扇性能的影响。结果分析表明:不同安装角下,与原型风扇相比,当Q0.6 m~3/min时,前掠降低了风扇的全压、全压效率,提高了风扇的噪声,而后掠有助于降噪。     

掠动叶对微型轴流风扇气动-声学性能的影响研究

轴向掠是叶片的径向成型方法之一.本文基于Fluent软件分别对具有前10°、后掠10°和径向0°动叶的三种风扇模型进行了定常流场和非定常流场的数值模拟,然后基于FW-H积分完成了风扇流动噪声的远场辐射计算,研究动叶的轴向掠对小尺寸轴流风扇气动与声学性能的影响.结果表明,前掠叶片和后掠叶片使风扇的全压在大流量工作区域低于0°径向风扇,内效率也略有降低.在气动声学性能方面,研究结果表明前掠不利于本文所研究的微型轴流风扇气动噪声的抑制,但后掠动叶降低了风扇的噪声,相比径向风扇,后掠风扇的远场噪声总声压级约下降1. dB.     

叶片开缝的离心风机流场研究

本文提出在离心叶轮轮盖与叶片之间开缝,使得叶片压力面侧的高压气体射流到吸力面侧的低速尾迹区,从而直接给叶轮内的低速流体提供能量,减弱了叶轮内由于二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮积灰问题.对某离心风机整机的数值模拟表明,在设计流量和小流量情况下,叶轮开缝后使叶片表面分离区域减小,整个流道速度分布更为均匀,改善了叶轮内部流场的流动状况,提高了离心叶轮性能和整机性能.研究表明,本方法对于提高离心式流体机械性能是有效的.     

无导叶对转涡轮高压动叶叶尖开槽的研究

对一无导叶对转涡轮高压动叶叶尖经开槽后的叶顶间隙流场进行了研究, CFD预测结果表明叶尖开槽后对转涡轮间隙泄漏损失的降低幅度超过了10%.对数值结果的分析表明,叶尖开槽后叶顶间隙通道内的粘性阻力增加,致使间隙流场结构发生变化,并引起了泄漏涡强减弱和泄漏流量下降;另外间隙泄漏流通过凹槽侧壁对叶片具有额外的做功能力.在本文的研究条件下,高压动叶叶尖开槽使得对转涡轮整级性能得到明显改善.     

间隙流动特征对压气机转子失速起始的影响

针对一小型,高速轴流压气机实验台,采用三维数值方法研究了间隙流动的稳态和非稳态特征.定常数值模拟结果表明,近失速工况下泄漏涡在叶片通道内部发生破碎,涡破碎使得堆积在机匣壁上的低能流体迅速扩散,对来流产生了很大的阻塞效应.时间精确求解结果进一步证实:随着实验台进一步节流,泄漏涡发生了大范围破碎,破碎形成的低速区迅速扩大;在平衡求解极限点上,破碎的泄漏涡开始与叶片吸力面的附面层发生相互作用,导致吸力面边界层中的低能流体也被卷入破碎的泄漏涡,进一步加剧了尖部通道的阻塞.     

低速轴流风扇格尼襟翼气动作用实验与数值研究

本文通过实验的方法研究了低雷诺数轴流风扇中格尼襟翼的气动作用。风扇叶片压力面尾缘加装高度分别为1.25%、2.5%和5%弦长的Gurney襟翼,与原始风扇性能进行对比。结果表明,风扇加装格尼襟翼之后,风扇工作失速点基本保持不变,但是襟翼风扇工作范围有所扩大,风扇的额定工况点朝着大流量方向移动。相同流量下,风扇加装格尼襟翼能提高风扇压升,且格尼襟翼的高度越高,压升提高的幅度越大。     

动叶端区控制体分析方法在跨音轴流压气机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的分析方法,可用于快速比较不同轴流压气机周向槽机匣的扩稳能力。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。不需对机匣处理计算到失速点,仅在光壁失速点流量下,通过比较端区轴向动量的分布即可预测不同方案的扩稳能力。进而以某跨音速转子为示例,分析预测了其七种不同周向槽方案的扩稳能力并利用实验验证了这一方法的预测结果。     

叶根开槽对高速常规负荷压气机叶栅性能影响

采用基于螺旋度修正的SA模型数值研究了叶根开槽控制NACA65-K48高速常规负荷叶栅三维角区分离流动的效果。对比了原型叶栅及叶根开设有单槽道、双槽道叶栅的性能。研究表明,叶根开槽在较大的攻角范围内均有效降低了损失,改善了叶栅性能。槽道出口射流具有"自适应"性,其速度略大于当地主流速度,对低能流体具有很好的向下游携带作用。当槽道出口位于吸力面分离区之前时,槽道出口射流可有效推后分离区,减小分离区所占据的展向高度,增大了叶中无分离区的大小,改善了叶中流通能力。单槽道方案槽道出口射流的作用范围有限,引入第二个槽道可起到"接力"的效果。     

一种新型前缝后槽式机匣处理实验及数值研究

本文针对一台低速轴流单转子压气机,结合轴向倾斜缝与周向槽机匣处理扩稳机理,设计了轴向缝周向槽新型组合式机匣处理,通过实验研究和数值模拟的方法验证比较了前缝后槽式机匣处理相比于全槽、全缝及光壁机匣的扩稳效果。研究结果表明前缝后槽式机匣处理的扩稳效果与峰值效率损失均介于全槽与全缝机匣处理之间,即扩稳效果高于全槽机匣的7%,峰值效率高于全缝机匣1%。这说明该设计在一定意义上是一种有效的新型扩稳方式。     

涡轮叶顶泄漏控制研究进展

通过归纳国内外涡轮叶顶泄漏控制研究,总结了轴流、向心涡轮采用的叶顶泄漏控制方法及取得的研究进展,分析了不同控制方法的特点和不足,最后对涡轮叶顶泄漏控制方法的发展趋势进行了展望。目前,带冠轴流涡轮叶顶泄漏控制方法除了传统的迷宫密封,还有蜂窝密封、干气密封等;不带冠轴流涡轮控制方法种类较多,可细分为主动控制方法和被动控制方法;开式和半开式向心涡轮控制方法目前仅有叶型优化和机匣开槽;闭式向心涡轮控制方法较为单一,以迷宫密封为主。轴流涡轮中多种泄漏控制方法耦合具有较好的应用前景;开式和半开式向心涡轮中综合有效的叶顶泄漏控制方法,以及闭式向心涡轮轮盖空腔非设计工况和非定常工况下的泄漏特性有待进一步研究。     

扩压形式对离心压气机性能影响

对采用无叶扩压器、叶片扩压器以及串列叶片扩压器的车用增压器离心压气机内部流动进行了数值分析,研究了不同扩压形式对压气机性能的影响。结果表明,低稠度叶片式扩压器在设计工况点附近可以有效提高压气机效率;串列式叶片扩压器则可以改善叶片扩压器流量范围减小的问题。在小流量工况下,气流角与设计工况不同,攻角增大,使得流动分离加剧,损失变大。通过调节叶片安装角可以减小气流攻角,改善压气机性能。基于本文研究结果,可以为全可调离心压气机的设计和调节策略的研究提供理论依据。     

离心式叶轮机匣处理的整周非定常数值分析

针对不带机匣、带周向机匣和带轴向机匣的三种类型的Krain叶轮进行了整周非定常数值计算,通过使用"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法来模拟小流量工况下叶轮的非稳定流场特性。数值计算结果表明,"交错叶片"和"下游变面积喷嘴"的方法并不一定能触发离心式叶轮中的旋转失速涡团,流场参数的非定常脉动频率主要是叶片扫掠频率的N次谐波。周向机匣处理可以有效的减小叶轮上游流场的脉动幅度,而轴向机匣的减小程度很微弱。机匣中的流体主要在前缘面附近返回到叶轮主流道,这是机匣处理扩大叶轮失速裕度的一个原因。     

S弯进气道出口畸变对风扇性能影响研究

为了研究某半埋入式S弯进气道出口畸变对其后风扇级性能的影响,分别将其原型及优化后模型与风扇级对接进行进气道加风扇级全流道数值研究。结果表明:全周畸变条件下,风扇级效率及增压比相比均匀进气工况明显下降,堵塞流量下降约1.20%,最高效率下降约3.77%;优化后风扇稳定工作范围有较大幅度提升,堵塞流量增加约0.19%,效率最大值增加约0.23%;受动叶旋转影响,进气道出口截面底部显著低能流体区在发展至动叶前缘的过程中逐渐减小,畸变流体与非畸变流体出现相互掺杂趋势,且这一现象在进气道优化前后始终存在。     

非定常机匣处理扩稳实验研究

针对一种非定常处理机匣,在轴流风扇实验台上开展偏流吹气扩稳实验研究.主要包括t改善风扇稳定裕度的稳态特性;影响失速先兆波产生及发展的动态分析.结果表明:非定常机匣处理能够在不同工作转速下对风扇稳定裕度有显著效果,效率没有明显改变.偏流吹气可以进一步改善风扇稳定裕度,但同时也会带来一定的效率损失.动态分析证实处理机匣没有阻止失速先兆波的出现.而是有效地抑制了其非线性发展.