扩压器斜槽机匣处理的数值与实验研究

机匣处理能够有效地扩展压气机的稳定工作裕度。传统的机匣处理研究大多集中于压气机叶轮上,对扩压器机匣处理的研究甚少。本文在离心压气机扩压器上建立了新型斜槽机匣处理方案,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了扩压器斜槽机匣处理的扩稳效果及机理。研究表明:扩压器斜槽机匣处理使压气机的失速裕度提高了8.1%,效率下降了1.35%;扩压器斜槽机匣处理对扩压器叶片前缘及尾缘附近气流的改善是其扩稳的主要原因。     

叶片倾角变化对扩压器中非定常流动的影响

本文对离心压气机中扩压器与叶轮匹配时的非定常流动进行了数值研究,主要研究了不同扩压器叶片倾角对扩压器中流场的影响,结果显示,扩压器叶片倾角的改变对扩压器中的流场有很大影响,适当调整扩压器叶片的倾角可以减小扩压器流场的波动,同时,叶片与机匣和轮毂的夹角的变化,对于扩压器中流动的分离的发展有重要影响.因此选择合适的扩压器叶片倾角可以改善离心压气机级的性能.     

离心压气机的叶片扩压器设计及流场分析

本文设计了三种不同的叶片扩压器与前期设计的100 kW级离心压气机的叶轮进行匹配,并进行了数值模拟.结果显示三种叶片扩压器入口平均马赫数为0.8,流场内不存在局部超音区,避免出现激波与边界层的相互干涉以减小损失。扩压器入口气流角与设计值最大偏差小于4°。采用三种叶片扩压器的离心压气机总体性能均满足设计要求,尤其是采用双圆弧法设计的翼型扩压器总体性能和内部流场分布都明显优于另外两种扩压器。     

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.     

有叶扩压器的流场分析

本文利用计算流体力学通用软件了进行离心压气机扩压器的初步设计工作。参照有关文献[1~8]中的设计公式,本文进行了以下几种扩压器的几何造型和数值计算: (1)双圆弧中心线机翼型叶片扩压器; (2)楔形扩压器;(3)用优化程序设计的扩压器,给出了各扩压器造型在给定边界条件下流场的马赫数、静压、总压的分布,计算出各扩压器造型的静压比和总压恢复系数。最后对设计的扩压器与叶轮一起连算,以取得更接近实际情况的计算结果。通过对计算结果进行的分析比较,得到了离心压气机扩压器设计中有价值的初步性结果,为进一步的设计提供了改进途径和相应的基础数据。     

离心压气机叶片扩压器气动优化设计

本文以某高速离心压气机叶片扩压器为研究对象,采用Kriging模型在设计工况下对其进行气动优化设计,以获取较高的"叶轮 扩压器"等熵效率,同时保证扩压器出口静压不降.Kriging模型大大加速了设计过程,得到的优化结果和原始设计相比,在性能上有了较大改善.     

串列式叶栅扩压器非定常流动研究

采用数值模拟方法,对串列式叶栅扩压器中的非定常流动进行了研究。结果表明,带串列式叶栅扩压器的离心压气机内部流动是以强非定常的三维黏性主流和缝隙流动为主要特征,串列式叶栅扩压器内部流动存在明显的非定常性,压力脉动的传播在前排叶栅通道内衰减很快。扩压器前排叶片通道内压力脉动的主频为叶轮叶片通过频率。后排叶片前缘附近压力脉动的主频变为0.5倍叶频。串列式叶栅扩压器进口的压力脉动主要受到叶轮的激励作用;串列叶栅间隙处,随主流输运而来的叶轮尾迹与缝隙流、前排叶片尾迹相互干扰与叠加,成为后排叶片前缘压力脉动新的激励。相比于近叶根、叶尖处,前排叶片前缘中间叶高处的压力脉动受到叶轮主流和分流叶片尾迹的激励作用更强烈。     

高压比的斜流叶轮与扩压器匹配设计方法的改进

针对高压比的斜流压气机设计过于依靠叶轮的性能,容易出现较为严重的扩压器与叶轮的匹配问题,改进了斜流压气机的叶轮扩压器匹配设计方法.把叶轮及叶轮出口的无叶扩压器段作为一个整体,将单一的叶轮出口设计扩展为叶轮出口加出口无叶掺混段设计,将掺混过程用一个连续的过程描述,来提高一维设计方法的匹配设计能力.用该方法完成某单级斜流压气机的气动设计,级性能满足设计要求,表明改进后的匹配设计方法可用于高压比的斜流压气机设计.     

带突扩段有叶扩压器的设计与分析

本文针对离心压气机采用突扩转接段后的设计问题,初步探讨了其内部流动规律,进行了型线的优化设计。首先进行的子午面计算,确定了扩压器的型线,然后对无叶扩压器作了三维数值模拟,保证了叶片进口参数的平滑均匀。最后完成了带叶扩压器的三维计算。数值计算结果表明,出口马赫数、总压恢复系数和出气角均达到了设计要求。设计的完成为复杂扩压系统的设计与数值模拟打下了良好基础。     

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。     

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。     

燃气透平末级叶片及扩压器的联合优化

本文基于iSIGHT优化软件包以及叶轮机械三维粘性CFD数值模拟软件包,采用包括全局探索式、梯度搜索 式优化算法以及近似模型的组合优化策略,对某燃气透平的末级叶型和扩压器外形进行了联合优化。优化后的透平末级与 扩压器部分的CFD预测效率提高了2.8％,同时扩压器的长度缩短了30.1％。     

径向无叶扩压器的稳定性区域

径向无叶扩压器的稳定性区域窦华书（清华大学水利水电系北京１０００８４）关键词：无叶扩压器，旋转失速，喘振，稳定性区域一、导怕旋转失速和喘振是离心压气机中两种不同的气动不稳定现象。无叶扩压器是可能导致这些不稳定现象的主要通流部件之一。近三十年来，许多作...     

蜗壳非轴对称性对离心压缩机内部非定常流动影响的数值研究

本文采用非定常数值模拟方法研究了蜗壳几何非轴对称性对离心压缩机内部非定常流场的影响。结果表明:流场的非定常波动主要受叶轮影响。远离蜗壳设计工况时,蜗壳非对称性的影响可传播至叶轮主叶片前缘。蜗壳非对称性对扩压器叶片压力面瞬时压力的影响在小流量和设计流量工况下主要体现叶轮主叶片与分流叶片通过频率的影响,而在大流量工况下叶轮主轴旋转频率也占一定比重。叶轮主叶片压力面的非定常压力波动主要受叶轮主轴旋转频率及其倍频与扩压器叶片通过频率及其倍频的影响。     

旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。     

可调扩压器端隙控制对离心压气机性能影响

在飞机飞行包线内,高速电机直驱可调离心压气机可通过扩压器调节以满足飞行工况下客舱增压系统的供气需求,并使压气机始终工作在高效区,从而满足飞机客舱环境的舒适性并降低增压系统能耗。对于可调扩压器,扩压器叶片两侧存在端隙。在扩压器叶片高度较小的情况下,较大的隙高比导致扩压器内端隙泄漏严重,给压气机性能带来较大的负面影响。以抑制可调扩压器端隙泄漏、提高压气机效率为目的,本文首先分析了扩压器端隙对压气机性能的影响,在此基础上,设计了一种将扩压器叶片端部部分封闭从而改变端隙泄漏路径的整体式可调扩压器结构,研究了该扩压器结构对于端隙泄漏的抑制效果以及对可调压气机性能的改善幅度。结果表明,相对于传统可调扩压器,整体式扩压器结构可有效抑制可调扩压器叶片端隙泄漏损失并提高可调压气机效率。对于本文所研究的可调压气机,峰值效率可提升1.1%,对应压比可提升1.3%。     

超高压比离心压气机失速机理探究

喘振和旋转失速代表着通过压气机有序流动的崩溃,是对所有类型压气机性能的固有限制.本文以超高压比离心压气机为研究对象,通过全环数值模拟捕捉失速起始至发展为稳定旋转失速的动态过程.研究发现:在此超高压比离心压气机内,径向扩压器进口为超音速来流并在喉部形成强烈的激波,节流过程中气流攻角逐渐增大,造成了严重的激波附面层分离现象...     

用热线风速仪测量叶轮后叶片扩压器流场

叶片扩压器对离心压缩机的总体性能影响很大,为了研究叶轮后叶片扩压器内复杂的非定常流动,本文对一大尺度离心压缩机级的叶片扩压器流场进行了实验测量。实验对Dantec的热线探针支架进行了改进,采用了固定热线、相位锁定-系综平均技术,对采集到的热线信号进行了有效地分解,提出了非定常强度的概念来定量考察离心叶轮对叶片扩压器流场的影响。     

DF化学激光器扩压器流场仿真及优化

建立了DF化学激光器压力恢复系统扩压器的流场仿真模型,对扩压器流场结构进行了仿真分析。结果显示,扩压器超扩段长度为1310 mm时,激光器可工作压力为7.18 kPa。增加超扩段长度至1810 mm,激光器的可工作压力上升至8.25 kPa; 插入2片楔形叶片,激光器的可工作压力提升至8.52 kPa。适当增加超扩段长度和插入叶片的方式可在一定范围内提高激光器的工作压力,研究结果对于化学激光器扩压器的设计与优化具有重要的参考价值。     

高压比离心压气机叶片扩压器设计准则研究

本文对某带叶片扩压器的高压比离心压气机进行数值研究,提出Vt和Vm沿子午流道规律变化的叶片扩压器气动参数设计准则,采用该设计准则的优化结果表明,在保持原型扩压器进出口半径的条件下,压气机压比基本不变,但最高效率提高1.55%,工作裕度扩宽22.22%。同时,本文提供气动参数设计准则相应的快速优化设计流程。该气动设计准则可为类似的高压比离心压气机叶片扩压器设计、优化提供指导与参考。