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。     

离心压缩机低稠度叶片扩压器匹配设计方法研究

低稠度叶片扩压器(LSVD)在不损耗稳定工况范围的同时,具有较高的效率,应用广泛。本文以当量扩张角为判断依据,结合稠度的概念,提出一种LSVD设计方法,并基于两区域模型建立一种LSVD性能计算方法,完成大规模压缩空气储能系统离心压缩机大流量系数叶轮扩压器匹配设计。结果表明,基于两区域模型所建立的性能计算方法可以作为一维预设计的工具,并结合低稠度叶片扩压器设计方法,实现扩压器匹配设计;进口冲角在-3°~-2°时,离心压缩机整级性能较好,达到设计要求。     

可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究

本文以某燃料电池车用高速小型离心压缩机为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX,分析了70000~100000r/min不同转速下,从阻塞到喘振流量范围内,低稠度扩压器叶片安装角分别为10°、15°、20°、25°时,离心压缩机的级性能变化,并与无叶扩压器进行对比。数值结果显示,低稠度扩压器提高了静压恢复系数,扩压器内径向方向和叶高方向减速均匀,流动损失小。可调安装角的低稠度扩压器可在各转速下较无叶扩压器提高约8%的流量范围,并且能在各工况提高至少压缩机4%的压比及等熵效率。通过分析各工况下压缩机比转速、扩压器进口冲角和叶片安装角之间的关系,基于响应面模型给出进口冲角和叶片安装角相对比转速的多项式,为可调低稠度扩压器的实际应用提供研究基础。     

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%。     

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。     

叶片扩压器对离心压气机整机性能影响的实验及数值研究

以一高压比离心压气机级为研究对象,设计制造了三种不同的扩压器,采用实验和数值方法研究了扩压器进口安装角和叶片型线对级性能的影响。结果表明,扩压器进口安装角减小时,性能曲线向小流量区移动,最高效率和压比降低。采用低稠度机翼形扩压器时,级工况范围稍有扩展,但效率和压比显著降低。流场分析显示,进口安装角减小时,扩压器凸面流动分离区扩大,堵塞流道且增大损失。采用低稠度机翼形扩压器时,扩压器内更容易产生大尺度分离涡。     

叶片扩压器进口安装角对离心压缩机性能影响的数值与实验研究

对不同扩压器进口安装角下离心压缩机的性能进行了实验研究,并详细计算分析了相应的流场分布。分析表明, 不同的进口安装角对压缩机的流动有较大的影响,压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移;进口处较大的正冲角和负冲角均会在扩压器叶片表面出现大尺度的分离涡团;在给定的流量工况下,应存在一个最佳的进口安装角,使得扩压器效率最高;设计工况下,最高效率所对应的冲角并非为零。     

非均衡进气对双面离心叶轮流动损失影响研究

鉴于双面叶轮在内燃机增压领域有广阔应用前景,且叶轮两侧常为非均衡进气,因此有必要深入了解非均衡进气对双面叶轮性能及流动特性的影响,为今后设计更高性能双面叶轮提供指导。本文采用数值方法对非均衡进口条件下双面离心叶轮的流动特性进行研究,探讨了进口条件存在差异情况下对扩压器损失分布的影响。结果表明,双面叶轮性能,尤其小流量工况的性能受两侧进口条件差异影响明显,且随进口条件差异增大性能恶化更多以及稳定工作范围减小;在大流量工况,扩压器内的主要损失为两侧叶轮排气掺混损失;在小流量工况,扩压器内壁面分离涡团造成的损失较之两侧叶轮排气掺混损失更显著。     

基于遗传算法的离心压缩机叶栅多点优化设计

离心压缩机元件的气动设计通常是根据一个给定工况点设计其几何形状。如此设计的元件在该设计工况点一般能保持较好的气动性态,但当实际运行工况改变时,性能往往会恶化。本文将机翼的多点设计思想引入离心压缩机叶栅的优化设计,并应用遗传算法对这类多目标优化问题进行求解,希望由此获得在运行工况间能较好折中的叶栅型线设计。以离心压缩机扩压器叶栅为例,在两个给定设计工况下采用所提出的方法求解其最佳叶片型线。数值结果显示,方法是有效和可行的。     

离心叶轮与无叶扩压器的多相位动态测试分析

离心压缩机在小流量下出现的非稳定流动现象影响着整机的性能和稳定运行范围。针对一台带无叶扩压器的离心压缩机,在盖板不同径向位置(叶轮入口、中后部、出口无叶区和扩压器入口)处周向布置4排动态压力测点,从设计工况到喘振过程中各个阶段的压力场均被详细测量。通过多相位动态测试技术,捕捉到通道内非稳定流动现象发展与传播的全过程,得到失速团的周向模态和传播速度等特性参数;同时,根据多相位数据关联,得到沿流动方向的旋涡产生信息,确定了失速产生的初始位置。该测试有利于进一步说明离心压缩机内流动失稳现象产生的机理,对压缩机扩稳技术也具有很强的指导意义。     

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。     

叶轮出口总温总压测量用单热膜吸气探针的研究

在完整地分析热丝工作关系式的基础上,设计了一种用于周期性动态温度测量的单热膜吸气探针,进行了稳态校准实验和频响检测实验,得到了与理论分析良好一致的探针输出对温度和压力的变化特性,通过严格的标定,可以做到探针测量精度在1％以内。探针的频响至少可达20kHz。用该探针成功测出了一台低压离心风机叶轮出口的温度分布,表明这种探针以其高频响和足够高的灵敏度适用于叶轮机械转子出口温度分布测量。     

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。     

恒压型抽水压缩空气储能系统的热力学及经济学多目标优化

为解决可再生能源存在的间歇性和波动性等问题,考虑到现有大规模储能技术的不足,提出了一种兼具抽水蓄能技术和压缩空气储能技术特点的恒压型抽水压缩空气储能系统.首先建立其热力学模型和经济学模型,然后以能量效率和单位能量成本作为目标函数,以水气比、预置压力、增压机压比和增压机效率作为决策变量,分别针对容量为1 MW、2MW、5 MW的系统进行多目标优化。多目标优化结果表明,当水气比约为7、预置压力约为4 MPa、增压机压比约为2、增压机效率较高时,系统具有较高的能量效率和较低的单位能量成本。同时,随着系统容量的增加,单位能量成本明显降低。研究结果可为该系统的工程应用提供理论支撑。     

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。     

离心压气机低稠度串列叶栅扩压器流场数值分析

1前言无叶扩压器有宽广的工作范围，但其压力恢复系数低；有叶扩压器可以得到较高的压力恢复系数，但工作范围会变小。低稠度叶栅扩压器取消了喉口，这样就解决了大流量时喉口堵塞问题。1981年文献山第一次提出了低稠度叶栅扩压器的概念，而后文献问以及文献门做了进一步的工作。文献间的实验证明使用串列低稠度叶栅使扩压器压力恢复系数比无叶扩压器在设计点提高15％，在低流量区提高40％，级效率在100～7O％流量范围内提高4O～IO％。为了进一步了解低稠度串列叶栅扩压器内部流场及其工作性能，掌握低稠度串列叶栅扩压器内部流场分析计算…     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.     

Thermodynamic Evaluation and Sensitivity Analysis of a Novel Compressed Air Energy Storage System Incorporated with a Coal-Fired Power Plant

A novel compressed air energy storage (CAES) system has been developed, which is innovatively integrated with a coal-fired power plant based on its feedwater heating system. In the hybrid design, the compression heat of the CAES system is transferred to the feedwater of the coal power plant, and the compressed air before the expanders is heated by the feedwater taken from the coal power plant. Furthermore, the exhaust air of the expanders is employed to warm partial feedwater of the coal power plant. Via the suggested integration, the thermal energy storage equipment for a regular CAES system can be eliminated and the performance of the CAES system can be improved. Based on a 350 MW supercritical coal power plant, the proposed concept was thermodynamically evaluated, and the results indicate that the round-trip efficiency and exergy efficiency of the new CAES system can reach 64.08% and 70.01%, respectively. Besides, a sensitivity analysis was conducted to examine the effects of ambient temperature, air storage pressure, expander inlet temperature, and coal power load on the performance of the CAES system. The above work proves that the novel design is efficient under various conditions, providing important insights into the development of CAES technology.     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

任意空间曲面三元叶轮叶片厚度对气动性能的影响

以任意空间曲面三元闭式叶轮为对象,研究了不同展向和流向叶片厚度分布方案对离心压缩机气动性能的影响。数值结果表明:对等厚叶片沿展向和流向进行合理地削薄,均能在基本不改变小流量工况性能的情况下,显著提升大流量工况的性能。展向削薄叶片和流向削薄叶片带来的性能提升幅度可以叠加,通过组合叶片厚度分布改型,本文压缩机设计工况点等熵效率提升了约2.08%。相比于沿流向削薄前缘和尾缘厚度,沿展向削薄叶尖厚度具有更大的性能提升能力。研究工作为三元闭式离心压缩机叶轮的优化设计提供了有益的参考。