半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

叶顶间隙对离心压气机性能和流动影响的实验研究

本文通过实验研究了叶顶间隙大小对离心压气机总体性能及流场的影响,并利用非接触式光纤位移传感器对压气机工作时叶轮的叶顶间隙进行了测量。结果表明,压气机运行过程中叶顶间隙变小,而且叶顶间隙随时间波动.叶顶间隙增大将降低压气机的压比和效率,并且随转速升高,这一效果更明显。同时,流场分析发现,随流量减小,泄漏流的影响区域逐渐向上游移动,叶顶间隙增大使泄漏流的影响区域增大且静压损失增加。     

离心叶轮局部粗糙度对其气动性能的影响

离心叶轮的气动性能对压缩机整体性能具有重要影响。为了研究局部表面粗糙度使离心叶轮性能恶化的程度及其作用机理，本文采用数值模拟方法将Krain叶轮的流道表面划分成若干区域，并设置不同方案在局部施加粗糙度进行研究。结果表明：粗糙的叶片比粗糙的轮盘和轮盖更能使叶轮性能发生恶化，设计点级的等熵效率比光滑条件下降2.466%，总压比下降了6.266%，同时阻塞流量降低了2.227%；轮盖粗糙度通过改变叶顶间隙泄漏流来改变叶片载荷分布；前缘粗糙度加大了边界层和激波相互作用的程度使流道更容易阻塞；叶轮性能对吸力侧粗糙度比对压力侧更敏感。     

离心泵叶轮参数对进口回流的影响

本文对不同叶片进口角、叶片数、不同叶顶间隙的开式和闭式离心叶轮共12种叶轮的进口流场和回流发生情况进行了探针的动态测试和可视化观察．弄清了上述叶轮参数对进口回流初始流量和进口流场的影响．     

积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响

建立表征离心压气机叶轮积垢分布的粗糙度模型,在叶片表面生成三维、非均匀分布的粗糙带,数值研究干净和积垢状态下叶轮的气动性能和内部流场,并通过敏感性分析,找到对叶轮气动性能影响最大的积垢区域。结果表明:积垢叶轮的多变效率和总压比较干净叶轮均有显著下降;随着流量增大,性能衰减愈发明显;离心压气机叶片前缘靠近叶顶部位为气动性能对积垢的最敏感区域.研究工作为离心压气机的鲁棒设计优化奠定了理论基础。     

叶顶间隙对离心叶轮气动性能的影响规律

为明确半开式离心叶轮的间隙值与间隙气流对叶轮气动性能的影响,采用数值方法分析了典型叶轮叶顶相对间隙值为0~10%之间的叶轮气动性能、叶片载荷分布、间隙泄漏量的变化规律.得出:间隙对叶轮气动性能的影响基本呈线性或分段线性关系,间隙泄漏量与叶顶载荷具有相同的分布规律,表明泄漏量变化的主要控制因素是叶顶载荷;间隙仅影响流道后半段的叶顶载荷分布,原因是由于间隙进口强烈的气流加速运动,形成了间隙进口处的压力降,但这种压力降只体现于一定高度范围的间隙中;导致叶轮性能降低的主要原因还是间隙涡流与主流掺混引起的能量损失。     

转子偏心对轴流涡轮气动性能的影响

以Aachen 1.5级轴流亚音速实验涡轮为研究对象,采用商用NUMECA软件包对其转子偏心旋转时的流场进行三维定常模拟。研究在大流量工况下,平均叶顶间隙高度比(平均叶顶间隙高度与叶片高度的比值)分别为0.7%、1.3%、1.9%时转子偏心对涡轮性能的影响。在经过验证与确认的基础上,对结果进行了分析。研究结果表明:转子偏心会减小涡轮进口流量,其影响程度与偏心距和平均叶顶间隙高度有关,偏心距越大变化幅度越大;转子偏心对涡轮等熵效率和总功率的影响与偏心距和平均叶顶间隙高度有关,转子偏心有可能增大等熵效率和总功率,也有可能减小等熵效率和总功率,但其变化幅度随着偏心距的增加而增大。     

叶片数及分流叶片位置对压气机性能的影响

应用三维粘性计算程序对存在叶顶间隙泄漏时带分流叶片的离心压气机内部流动进行了数值模拟,重点分析了叶片数及分流叶片处于不同位置对压气机级内三维粘性流场及级性能的影响。计算中采用中心差分格式结合B-L代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N—S方程。计算结果表明:叶片数增加,叶轮进口阻塞增加,压气机性能下降,但可有效降低叶轮单个叶片的载荷。分流叶片位于不同位置时,应用IBSA叶轮的压气机效率最高,压气机性能最好。     

加环控制轴流风机叶顶间隙的分析与试验

轴流风机叶顶间隙复杂流动情况直接影响风机性能,本文以一款弯掠叶片轴流风机为研究对象,采用叶顶加环结构改变风机叶顶间隙。研究了叶顶加环对该风机性能的影响。对加环前后的轴流风机整机模型进行了稳态三维流场计算,给出了叶顶加环在不同工况下对风机内部流场的影响的细节,并对计算结果进行了实验验证。结果表明,采用叶顶加环的方法来改变叶顶间隙,能够有效地提升风机的全压以及全压效率。在设计工况下,加环结构有益于抑制叶顶间隙涡的形成。在偏大流量下,加环结构能有效减小叶顶间隙涡。对所加钢板环形成的冲击损失做了定性分析,结果显示,随着流量增大,冲击损失增加。     

多参数对叶顶气膜冷却的影响

基于压力敏感漆(PSP)实验技术,本文研究了某F级重型燃机一级动叶平面叶顶和凹槽叶顶在不同冷却射流与主流质量流量比,不同密度比和不同叶顶间隙大小等多参数影响下的气膜冷却特性。平面叶顶冷却射流在气膜孔后往吸力面覆盖,凹槽叶顶在槽内形成回旋涡,冷却射流往压力面覆盖并向尾缘形成累积效应。平面叶顶和凹槽叶顶气膜冷却效率均随质量流量比的增大而增大。密度比增大,冷却射流出口动量减小,抑制了叶顶气膜垂直射流的吹离趋势,从而提高气膜冷却效果。叶顶间隙与叶顶形状、质量流量比等参数对气膜冷却效率有关联影响;间隙增大,气膜冷却效率在不同工况下的表现不同。另外凹槽叶顶的整体气膜冷却效果优于同等条件的平面叶顶。     

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。     

吸力面小翼对扩压叶栅间隙泄漏的影响

采用数值模拟方法对利用吸力面小翼方式控制压气机叶栅间隙流动进行研究。结果表明,附加吸力面小翼可以降低叶顶泄漏流速,削弱泄漏涡强度,使得泄漏涡区损失降低。不同宽度吸力面小翼在不同间隙下部可以较好地减少叶尖泄漏,在叶顶间隙为3.3%叶高时,附加相对宽度为0.5的吸力面小翼可使损失降低4.7%。叶顶压差的降低及对泄漏涡结构的改变是吸力面小翼降低泄漏掺混损失的主要原因。     

叶顶间隙大小和壁面相对运动对低速轴流压气机孤立转子性能的影响

本文针对一低速轴流压气机孤立转子,利用数值方法分析了不同叶顶间隙大小、机匣和叶顶之间相对运动对其总体性能的影响。 结果表明存在着最佳顶部间隙,原因是顶部区域吸力面边界层引起的损失由于叶顶间隙流的作用而减少,虽然存在泄漏损失,但总损失却小于无顶部间隙时的损失。壁面相对静止和相对运动时的顶部区域二次流和损失分布有着明显的区别,因此某些没有考虑壁面相对运动的平面叶栅实验或计算结果在用于压气机转子设计时,需要经过一定的修正。     

离心压缩机弯道最佳r/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径r与流道宽度b的比值r/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及r/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明:r/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在一个使级效率为最大值的最佳r/b值。壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素。     

扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。     

计及几何参数变化的离心压气机特性分析

本文采用CFD软件对微型燃机的离心叶轮进行数值模拟,讨论了叶片数及分流叶片位置对叶轮性能的影响,并进行了流场分析。在本文研究的情况中,叶片数增加使得性能曲线左移,单个叶片载荷减小,损失增加,叶轮效率下降, 但是增压效果得到改善。分流叶片位置靠近主叶片压力面时,性能曲线右移,流通能力提高,同时会使分流叶片的载荷增大,当分流叶片靠近主叶片压力面时,则情况相反。     

Phenomenon of labyrinth weal with Low static pressure difference and large clearance

The low pressure axial flow fans with an outer ring, used for cooling automobile radiators, have a significantly large tip clearance between the ring tip and the fan shroud. It has been found that the turbulent reverse flow, or leakage flow, which occurs at the tip clearance, greatly affects the fan performance and noise level. Therefore, in order to improve the fan performance and noise level it is important to decrease the effect of leakage at the tip clearance. The authors investigated the performance of the straight-through type of labyrinth seal which operates in an extremely low static pressure difference with a large clearance. It was hoped that by sealing this clearance with the labyrinth seal the performance would be improved. It was verified that the labyrinth seal satisfied almost the same performance as that predicted by the previous theory. This theory was established by experimental studies in the condition of quite high static pressure difference when the labyrinth is stationary. However, it was later discovered that the leakage rate decreased significantly even though there was far lower ring speed in comparison to past research results where the ring rotated. This phenomenon is conspicuous in a lower differential pressure. However, the cause of this phenomenon has not been determined.     

离心压气机顶部进口条件对叶轮内部流动的影响

对于带分流叶片的离心式压气机叶轮,在顶部边界层亏损和喷气等进口条件下对叶轮内部流场进行了CFD数值模拟,对比分析了进口喷气处理对改善内部流动、提高稳定性的机理。结果显示:在进口叶顶附近进行喷气处理时,顶部间隙涡流得到了有效地控制,且降低了间隙损失的发生,有助于提高流动的稳定性,但在下游区域这种作用逐渐减弱和消失。同时,进口条件的不均匀性对内流有一定的影响,精细的CFD分析应当计及这种因素。     

跨音压气机转子叶尖流场试验与分析

本文利用高频响动态压力测试技术测量了某跨音压气机转子叶尖间隙流场,其中包括对跨音转子叶尖漏流和激波／漏流干扰的细致流场特征．测试结果表明激波在机匣壁面处受漏流干扰的影响相当大,这一干扰分别来自于前缘漏流涡的干扰和叶尖第二次漏流对通道激波的直接冲击干扰,使激波结构呈“S”形.在低背压高攻角条件下,转子存在十分明显的尾涡．