非定常环境下叶栅性能的数值研究

本文采用数值方法对叶轮机基元非定常流和排间匹配进行深入研究。结果表明流动非定常性产生额外损失,滞回现象存在于叶轮机中。而考虑基元非定常流动的叶型设计和排间缘线匹配技术将是未来叶轮机非定常气动设计的核心。     

叶轮机设计的缘线匹配理论及方法

本文提出了叶轮机非定常设计的缘线匹配理论和方法,研究指出,缘线匹配注意了先前没有被考虑的周期非定常流动的相位影响,而今通过协调相邻叶排相邻缘线空间关系得以实现。初步理论及数值研究表明缘线匹配技术在提高叶轮机气动性能、气弹性能、气动噪声和热传导性能上的潜力。作为一个设计自由度,它使叶轮机非定常气动设计具有了真实而可操作的内容。     

缘线匹配主导下的叶轮机非定常设计

随着高性能叶轮机的不断发展,叶轮机流动固有的非定常属性越来越强烈以致不容忽略,且计算流体力学和计算机技术的飞速发展以及对定常,非定常流动现象认识的不断丰富,使得更全面考虑非定常影响成为可能.本文以缘线匹配产生的学科发展内在背景为导引,从气动、气弹/振动、涡轮热环境管理、转静噪音控制四个非定常设计方面论述了缘线匹配技术在其中的主导作用.     

缘线匹配技术在轴流透平设计中的应用探索

缘线匹配技术是叶轮机非定常气动设计技术,它以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级蒸汽透平设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计自由度。     

缘线匹配技术在轴流压气机设计中的应用探索

叶轮机缘线匹配技术以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级轴流压气机设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计途经。     

相位延迟法在双排涡轮三维非定常流动数值模拟中的应用

非定常性是叶轮机械内流动的本质属性,本文采用相位延迟法,实现了双排叶片、各排叶片通道宽度不相等的叶轮机械非定常流动三维数值模拟,控制方程为Navier-Stokes方程,湍流模型采用Baldwin-Lomax模型。计算结果表明,该方法使用单通道来模拟叶片通道不相等的叶轮机械非定常流动,具有计算经济,模拟准确的特点。     

非定常尾迹控制叶栅分离研究

本文采用大涡模拟对某大转角叶栅的非定常分离流动及其在非定常尾迹作用下的分离控制机理进行了数值分析。主要捕捉了两个特征频率:分离泡不稳定频率f_shear和尾缘脱落涡频率f_shed,研究了不同的激励频率、尾迹移动方向、随机脉动等激励特征控制流动分离的效果。结果显示:特定外部频率强化了分离剪切层中的K-H展向涡结构,f_shed能同时影响分离区域和尾涡区域,f_shear只能作用于分离区域;尾迹从吸力面向压力面移动时,分离结构表现出对来流周期性更明显的响应;进口随机脉动对破坏K-H展向涡结构非常有效。     

PISO算法在求解方柱绕流非定常尾迹中的应用

应用PISO算法及非交错斜交网格技术,编制了求解二维定常、非定常流动的通用程序。计算分析了定常不可压缩Couette流动以及水平通道内方柱绕流尾迹的非定常流动,并详细分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构及发展过程,得到了合理的结果。验证了非迭代PISO算法及非交错斜交网格在分析非定常流动中的有效性,为进一步开展非定常流动的数值分析奠定了基础．     

离心压气机叶排间涡脱落及气流脉动行为研究

对某一带叶片扩压器跨声速离心压气机内部三维非定常流场进行了数值模拟,依据计算结果描述了叶轮叶片尾缘尾迹涡脱落行为,给出了叶轮尾缘脉动压力频谱特性图和叶轮出口位置脉动速度动能分布图。研究结果表明,主叶片与分流叶片尾缘尾迹涡脱落过程交替进行;转静干涉和转子叶片尾缘的涡脱落行为是造成叶轮尾缘气流脉动行为的主要原因,随着时间的...     

离心泵瞬态操作条件下内部流动的数值模拟

为研究离心泵在瞬态操作条件下的内部非定常流动演化过程,分析外部瞬态特性的内流机理,采用滑移网格方法对快速启动过程中的离心泵内部流动进行数值模拟.建立了包含循环管路和泵在内的完整系统模型,分析了叶轮从静止到最高转速的瞬态过程的流动演化,比较了管路阻力特性对瞬态特性的影响,探讨了数值方法对求解三维瞬态流动的适应性.分析结果表明,基于非定常流动分析的瞬态外特性预测结果与实验结果能较好吻合,所采用的计算方法和得到的结果为瞬态操作条件下离心泵内部流动的诊断和优化建立基础.     

最大负荷设计之：角区分离预测与控制

角区分离对叶轮机性能有重要影响.本文根据角区流动特征推导出描述角区三维附面层的等效二维附面层模型,并结合二维附面层分离准则,建立了角区分离判定准则.理论分析表明:为抑制角区分离,应尽量增大叶表吸力面与端壁相交二面角;为抑制角区分离,应使二面角α沿流向逐渐增大,或使二面角α沿流向逐渐减小过程尽量平缓,尤其在二面角α较小区域更应如此.鉴于此,建议风扇/压气机设计中应严格监控角区二面角大小及二面角流向变化梯度,以实现对角区分离的良好控制.结论也适用于其它叶轮机.     

前缘逆主流喷射冷气时涡轮叶栅流场性能研究

前缘逆主流喷射冷气对壁面静压有明显影响;冷气与主流掺混及卵型涡的形成导致近叶片表面处能量损失增加;吸力面或压力面根部出现与通道涡旋向相同或相反的涡系;卵型涡能够以一定形式保持到叶栅出口并与尾迹作用,使出口处气动参数剧烈变化．     

不同积叠线形式对涡轮性能的影响

用求解Ｓ２流面平均Ｅｕｌｅｒ方程组程序对一个两级涡轮进行了数值模拟,静叶采用弯叶片,且采用了不同的积叠线生成方式;用高精度三维ＮＳ方程求解软件对第一级静叶进行了不同弯曲方式的数值模拟,分析了不同积叠线生成方式对涡轮性能的影响。     

前缘弯掠子午加速叶轮尾缘脱落涡的研究

本文采用DPIV实验研究方法,在不同转速工况下,对开式前缘弯掠子午加速风扇转子叶尖涡在叶轮尾缘的脱落流动现象进行了测量.结果表明:在不同转速下,转子尾缘处均存在明显的叶尖涡流动现象.该叶尖脱落涡流动现象具有相似性,随着转速的增大,叶尖涡区和吸力面之间的径向速度差增大,叶尖涡强度随转速增加而增强.随着转速的增大,叶尖涡和主流相互作用加剧,涡量负值增大,叶尖涡影响区域也逐渐扩大.径向速度梯度同样随转速增大而增大的结果,增强了叶尖涡对尾迹区作用的影响.最后,本文通过CFD对该开式风扇叶尖涡流动现象进行模拟,其结果给出了相似的叶尖涡在转子尾缘脱落流动现象,为前缘弯掠开式子午加速风扇在户室中央空调室外机上的应用和风机系统的优化设计及其降噪研究提供了重要的内流数据.     

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.     

叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响研究

针对叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响开展了数值仿真与试验验证的研究工作,详细分析了尾缘掠型对压气机特性的影响规律和压气机叶轮内部流动特征,研究结果表明:尾缘掠型能够提升压气机出口的总压,使离心压气机压比变高,自由掠叶型相比于斜掠叶型,压比会进一步提升。叶片尾缘掠型能够有效抑制尾缘流动分离与叶间泄漏效应的结合效果,降低流动分离强度和分离区域,提升叶轮的稳定工作范围与效率。试验验证结果表明采用自由掠型尾缘叶轮,压比随着转速的升高提升幅度变大,最多提升了9.14%,喘振线明显向左偏移,运行流量范围拓宽。尾缘掠型能够有效提升压气机压比和稳定工作范围,是改善压气机特性的有效手段。     

二维NACA65叶型前缘几何形状对气动性能的影响

用实验方法研究了二维叶片前缘几何形状对气动性能和转捩的影响。实验是在低速叶栅风洞中完成的。考察了分别装有圆形和椭圆形前缘的一个NACA65叶型前缘附近的流动情况。给出了细致的叶片前缘和分离区内的压力分布情况。结果表明:前缘几何形状对前缘流动、分离和转捩及以后的附面层发展有很大的影响。