跨音速单转子压气机气动设计的优化

本文发展了一种提高跨音压气机效率的优化设计方法。该方法由快速叶片造型和网格生成、三维NS方程求解器和优化方法三部分组成。以绝热效率为设计目标,只选择两个参数-最大弯度和最大厚度相对位置沿叶高的分布为优化参数,成功设计了一个跨音单转子压气机。在此基础上,进一步考察了叶片端布周向弯曲对跨音单转子压气机性能的影响。     

风扇通流设计中环量分布形式的探讨

本文以时间推进通流设计方法为工具,设计了两个压比3.0级别的风扇转子,探讨了环量轴向分布形式对设计的影响.两个设计采用不同的环量分布,一为环量沿轴向线性变化,另一为环量沿轴向按余弦曲线变化,三维粘性计算结果表明,在峰值效率点,后者压比、效率和流量都高于前者.后者叶尖形成预压缩效果更为显著的叶型,对激波有更好的控制,激波后分离区小,更适合用于高负荷风扇的设计.     

可调向心涡轮后加载型导叶设计和数值研究

针对某可调向心涡轮导叶段存在的强激波和端壁泄漏损失,设计了一种后加载特性导叶,并在级环境下进行了研究。首先对比了原模型设计开度下的数值与实验结果,验证了数值模型的有效性,然后进行了将原模型和新模型的定常与非定常计算。结果表明:后加载型导叶在通过降低导叶端壁泄漏涡强度而减小其总压损失的同时可大幅度弱化导叶喉部和尾缘激波强度;导叶间隙泄漏流和尾缘激波的减弱使转子叶片静压波动强度降低,增强了转子叶片的可靠性。     

非光滑叶片对轴流风扇气动性能的影响

在低速轴流风扇实验台上,通过对比测量光滑转子叶片、两种表面具有流向沟槽的非光滑转子叶片风扇的气动性能,研究了叶片沟槽面对风扇气动性能的影响.结果表明:(1)在设计状态和小流量状态,采用微槽型非光滑叶片能提高该风扇的流量、降低总压损失和提高风扇总压升;(2)在近失速状态,非光滑叶片使风扇性能下降;(3)非光滑叶片对风扇性能的影响在很大程度上取决于非光滑叶片的沟槽尺寸.     

一类高压比新概念风扇转子激波结构探索

为适应未来超声速巡航飞机动力系统的要求,作为一种可能的解决方案,本文对于一类来流为轴向超声速、出口为相对亚声速的高压比新概念风扇开展了研究,主要采用三维定常粘性数值方法对转子通道内部激波结构进行了初步探讨,根据流场分布构造了转子三维激波结构,为此类风扇气动设计提供了一定的依据。     

吸力面波系分布对风扇激波噪声的影响

数值探究了前缘和吸力面的形状对风扇激波噪声的影响,分析讨论了吸力面上膨胀波和压缩波与前伸激波的干涉对激波噪声的影响机理,提出了降低风扇激波噪声的前缘和吸力面改型方法,分别在一个二维超声叶型和一个三维跨声转子上进行实验。结果表明优化后的前缘和吸力面形状可有效减弱吸力峰的强度,消除气流在前缘附近的过膨胀和再压缩过程,改善吸力面的波系分布,可降低二维超声叶型的激波噪声约3 dB,降低三维跨声转子的激波噪声约1.5 dB。     

叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片性能影响的研究

本文研究与分析了叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片气动性能的影响。采取了注重流动机理的优化方法,对本文算例的风扇叶片进行了优化,改进后所得的叶片的效率比原设计有了较大的提高。     

可调导叶向心涡轮转子叶片压力波动激励机制

论文以实际应用中出现破裂的向心涡轮为研究对象,研究导流叶片尾缘激波、导流叶片叶尖间隙泄漏流动以及导流叶片尾迹对转子叶片表面压力波动的干涉作用,定性确定这三种因素在转子叶片表面压力波动中所占比重大小,发现激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动所诱导的转子叶片压力波动位置。结果表明,激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动是导致转子叶片表面压力波动的主要因素;受向心涡轮叶轮进口形状的影响,激波只是和转子叶片前缘附近的吸力面发生作用,导流叶片开度减小,激波强度增大,转子叶片压力波动幅值明显增大;导流叶片叶尖和叶根间隙泄漏流动会导致转子叶片吸力面叶尖和叶根的压力波动明显增大,是转子叶片前缘叶尖发生高周疲劳的主要原因.     

宽弦高速跨音风扇颤振特性研究

颤振是航空发动机、燃气轮机等运行安全的重要威胁,但颤振稳定性与流动结构之间的关系尚不清晰。本文使用行波法和影响系数法,对某宽弦复合掠型高速跨音风扇转子的一阶模态进行了颤振特性研究,计算了在100%转速下从堵塞点到近失速点的颤振表现。使用影响系数法时,分析了不同通道数的计算域对气动阻尼计算的影响,并与行波法得到的结果进行了对比。研究了流动结构与叶片表面气动阻尼之间的关系,旨在提高对流动致颤机理的认识。结果表明影响系数法和行波法均能对叶片的气动阻尼进行较好的预测;流动结构方面,激波、激波附面层分离、叶尖泄漏流以及吸力面前缘叶顶附近的非定常压力波动,对叶片的气动阻尼分布有较大的影响。     

亚音速轴流风扇后掠叶片定子与湍流互作用宽频辐射噪声预报

针对亚音速轴流风扇后掠叶片定子的宽频辐射噪声问题,介绍并推导了叶栅宽频辐射声功率计算公式,通过该公式计算后掠叶片定子的宽频辐射声功率级,并从湍流入流和叶栅响应的角度揭示后掠角对定子辐射噪声的影响机理。在此基础上,考虑到实际风扇定子工作在转子尾流中的情况,采用Gauss尾流模型模拟转子尾流,建立转子尾流湍流波数谱模型,推导得到定子叶片与转子尾流互作用的宽频辐射声功率计算公式。通过与NASA风扇试验模型对比得到,考虑转子尾流的定子叶栅宽频辐射声功率计算公式能够较好的预报后掠定子宽频辐射声功率。最后,针对试验风扇模型,分析叶片安装角、叶片弦长对后掠叶片定子辐射噪声的影响。      

弯曲动叶对跨音轴流压气机性能的影响

对具有弯曲动叶的跨音轴流压气机性能的数值研究表明,反弯曲动叶中通道激波沿径向倾斜角度最大,在顶部移向下游,在中部移向前缘,提高了失速裕度,但也增加了中部损失,反弯曲动叶级效率最低。正弯曲动叶中通道激波在顶部前移,失速裕度下降,通道激波近似为径向,负荷沿叶高分布均匀,气动效率最高。通道激波位置合理分布是弯曲动叶改型设计成功的关键。     

1+1/2对转涡轮中激波结构的数值研究

本文对1 1／2对转涡轮中激波及激波／叶排干扰等进行了详细的数值模拟。分析发现,1 1／2对转涡轮高压动叶流道中压缩波系与常规涡轮流道中的压缩波系存在明显的不同。1 1／2对转涡轮高压动叶吸力面60％轴向弦长处产生了一组压缩波,它与内伸波相交。在常规涡轮中,这组压缩波将不会出现;内伸波在吸力面的反射波很强,不能忽略。在常规涡轮中,内伸波的反射波可以忽略。由于尾迹及低压动叶的作用,高压动叶外伸波的影响范围和强度呈现周期性的变化。     

旋翼桨尖几何形状对旋翼气动噪声影响的定量计算分析

采用CFD与计算声学相结合的Euler Kirchhoff方法对UH-1H直升机旋翼跨声速悬停流动的远场噪声进行定量计算,并将计算结果与实验值进行比较,验证了Euler Kirchhoff方法的正确性.然后以UH-1H直升机旋翼为基准旋翼,定量计算了对桨尖旋翼翼型厚度、旋翼尖削度、后掠角进行变化后的旋翼悬停流场的远场噪声,分析了旋翼桨尖几何形状对噪声的影响.得出结论:降低桨尖翼型厚度、浆尖尖削、浆尖后掠均可以降低噪声峰值.     

空调风机叶道内旋涡流动分析及进气口偏心的影响

本文采用CFD方法,详细分析了空调用多翼离心风机叶道中的气流分布以及进气口偏心的影响。研究表明,风机叶道内存在大范围的气流分离现象。在后盘附近,存在分离现象的叶道约占2/3,主要分布在蜗壳内侧;而在“前盘”附近,几乎所有叶道都存在分离现象。在“前盘”附近,蜗舌下方的叶道中气流几乎停滞,蜗舌下游叶道为回流和尾缘旋涡所充满,至临近蜗壳出口侧,前缘旋涡逐步形成、发展并融合尾缘旋涡,最后衰减、消失。风机进气口向蜗壳内侧偏置适当距离, “前盘”附近叶道旋涡分布范围明显减小。     

Reduction of fan noise by annulus boundary layer removal

Much of the noise produced by a fan is due to varying forces caused by the unsteady flow field through which it passes. In the absence of inlet guide vanes, support struts and other mechanical obstructions, the flow irregularities are caused by large scale intake turbulence and temporal and spatial variations in the annulus boundary layer. In many cases the most effective source is the annulus boundary layer, as this interacts with the blade tip which is the fastest part of the blade and is therefore the most effective noise source. This noise can be reduced if the annulus boundary layer is smoothly bled away from the rotor so that the blade tip sees a thin, uniform boundary layer. A one metre diameter ventilation fan has been run in a duct with and without a boundary layer bleed system and a reduction of far field sound power of approximately 5 dB has been obtained for a bleed of 5 % of the main flow with some far field tone reductions of more than 15 dB. Measurements of far field directivities, in-duct acoustic modes and aerodynamic distortions have confirmed the suggested explanation for this phenomenon. The tests have shown that great care must be taken in the design of a bleed system so that residual boundary layer distortions are not in the correct wavelength range to produce propagating acoustic waves at important blade passing harmonic frequencies. If such distortions are present, the far field noise can increase instead of decrease.     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

Visualization of tip vortex flow in an open axial fan by EFD

The behavior of tip vortex in an axial fan without casing wall (called open axial fan) was discussed and analyzed. The velocity measurement was performed by using two-components Laser Doppler Velocimetry (LDV) system. The detailed velocity and vorticity distribution inside blade passage and downstream of rotor were obtained. Thus the structure of tip vortex and its behavior were graphically visualized by experimental fluid dynamics (EFD). The tip vortex flow trace was indicated with the calculation of vorticity. As a result, it was found that tip vortex was generated at blade tip region near leading edge and it extended to downstream of blade exit with its core tending inward to hub direction. In addition, leading edge vortex was also found at the forepart of the experimental open fan.