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ASPAC,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;均匀进气条件下,随着NASA Stage 35向失速状态逼近,某些动叶压力面前缘出现了叶顶间隙流溢流现象,促使压气机进入旋转失速状态;在失速先兆阶段,周向非均匀流动开始出现并沿压气机周向传播;当完全失速时,失速团充分发展并连续地沿周向旋转,结构几乎不随时间变化.      

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。     

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对高速跨音压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发,探讨了旋转失速发生和发展过程中,流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．     

低速轴流压气机旋转失速先兆特征的实验分析

本文对低速轴流压气机旋转失速先兆特征进行了分析．观测到动叶进口处模态波型失速先兆沿周向的结构变化特征和相位移动特征；比较了不同转速条件下的先兆发展规律；采用改变节流阀速率的方法，观测了外部激励对模态波发展的影响；从实时捕捉失速先兆的目的出发，对失速前期低频信号的演化特征进行了分析．     

低速单转子轴流压气机突尖型失速特征

针对低速单转子轴流压气机,采用节流阀函数进行了突尖型失速过程的数值模拟研究,以叶顶泄漏流周期性非定常波动及其周向传播特性为切入点,以失速过程中典型时刻为例,分析了失速过程中压气机内部流动的发展和演变特征。伴随压气机节流进入突尖型失速的过程,叶顶泄漏流周期性非定常波动频率和周向传播速度减小;当叶顶泄漏流轨迹与叶顶前缘额线平齐时,出现突尖型失速先兆,其流动特征表现为起始于叶片吸力面并延伸至机匣的双旋涡结构;当叶片同时出现尾缘回流和前缘溢出时,标志压气机进入完全发展的突尖型失速状态。     

周向进口畸变对压气机失速过程的影响

本文对一台带有不同周向进口畸变装置的三级、低速、轴流压气机进行实验研究。研究结果发现周向进口畸变对压气机失速过程的影响包括了最初始的大时间尺度扰动产生的位置与条件;大时间尺度扰动失速先兆向脉冲型失速先兆的转化,以及大时间尺度扰动失速先兆尺度随转子转动方向的逐渐减小。说明局部扰动和系统特性之间存在一定的相互关系。     

进气畸变对压气机稳定性的影响

在低速大尺寸单级压气机实验器上,实验研究了动态进气畸变对压气机稳定边界的影响。并采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,分析了压气机流场的动态压力特性。实验结果表明,动态总压畸变的旋转频率和旋转方向对压气机稳定性有很大的影响,当畸变相对转速n在0~+0．5之间时,压气机失速推迟;分析动态压力的频谱特性后知道,在压气机失速前一般存在与失速相关的压力扰动,动态总压畸变影响这种压力扰动,从而影响压气机的不稳定流动状态。     

旋转总压畸变对压气机稳定性影响数值模拟

本文利用发展的预测轴流压缩系统动态失速特性及进气非均匀性影响的理论模型,系统计算分析了进气总压畸变旋转频率对下游压气机稳定性的影响。计算结果表明进气总压畸变的幅值和旋转频率对压缩系统的动态失速特性和稳定性都有强烈的影响,旋转频率对旋转失速边界和喘振边界的影响类似。但是,系统的"危险"响应频率强烈地依赖于其旋转失速的传播频率。该模型理论上是先进的,而且计算结果与现有实验数据的比较表明该模型是可靠的。     

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.     

基于小波变换的离心压气机旋转失速先兆时频分析

本文采用连续小波变换的方法,对跨音离心压气机机壳壁面动态压力及叶片应变信号进行了时频分析。结果表明,在失速前的先兆阶段存在着两种特征截然不同的先兆成分。即连续增强成分和间断扰动成分。间断扰动成分和间断失速段的失速团具有相近的特性．压力信号中间断失速段的失速团频率比在连续失速段的失速团频率高,而叶片应力信号中则相反,并计算得出连续失速段的失速团比间断失速段的失速团数目少。在间断失速段,压力信号的频率阶跃以及叶片应变信号的频率衰减现象,对应于扰动能量聚集而使失速团数目减少的过程。     

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。     

低速轴流压气机旋转失速的二维数值模拟

本文通过求解二维不可压N-S方程,对某三级低速轴流压气机的第一级进行数值模拟。首先用定常计算得到了该级的稳态性能曲线,然后在级出口加上节流阀进行非定常计算,模拟压气机进入失速的整个过程,重点是先兆的发展和内部流场的分析。计算结果表明,当阀门关到某个位置,无外加扰动,像数值误差这样的小扰动就能使压气机失速。本文还讨论了不同轴向计算域、关阀门速率等对模拟结果的影响。     

低速轴流压气机顶部微量喷气控制失速机理的数值模拟

对低速轴流压气机的转子顶部进行微量喷气已经证明可以有效的抑制旋转失速,但通过实验研究其机理比较困难。本文对该低速轴流压气机的转子顶部进行微量喷气的失速起始过程进行了数值模拟,通过非定常流场和失速起始过程同未加喷气的情况进行比较,分析了微量喷气控制失速起始的机理。计算得到的特性线和失速点流量同实验较好吻合。