离心压气机混合回流机匣处理的数值研究

机匣处理是一种较早被研究和成功运用的压气机被动扩稳技术。传统机匣处理研究一般针对叶轮部件,本文针对叶轮和扩压器提出了混合回流式机匣处理,采用数值模拟的方法,研究了混合回流式机匣处理的扩稳效果和扩稳机理。研究结果表明:较为理想的混合回流式机匣处理方案可以提高9.4%的失速裕度,设计点效率下降1.7%。混合回流式机匣处理对叶轮主叶片前缘、扩压器叶片前缘以及扩压器叶片尾缘的气流改善是实现扩稳的主要原因。     

机匣处理若干问题探讨

本文在机匣处理设计中对关键级与危险截面、机匣处理与扩稳、弯槽与直斜槽进行了一些研究。发现各国对关键级与危险截面的判定不一。机匣处理的作用在于消除堵塞,提高叶排临界攻角,减小下一叶排近壁面攻角,扩大了压气机稳定工作范围。弯槽吸收了直斜槽和角向槽的长处,因而兼有显著的扩稳效果和较高的效率。     

旋转进气畸变下的两级压气机扩稳实验研究

针对旋转进气畸变诱发的流动稳定性问题,在两级压气机上开展了基于失速先兆抑制型(Stall-Precursor-Suppressed,SPS)机匣处理的气动扩稳实验研究。在两级低速压气机实验台上数模拟旋转畸变进气条件,研究不同的畸变程度下旋转畸变对两级压气机稳定性的影响,并考察在第一级转子前缘上方安装SPS机匣处理后的扩稳效果。在畸变转速小于600r/min时,压气机稳定边界向右移动,效率下降明显。畸变转速大于800r/min时,旋转畸变对两级压气机作用效果趋于改善,相对而言,反向畸变比正向畸变具有更好的延缓失速效果。SPS机匣处理在不同畸变程度下均具有扩稳作用,失速裕度改善可以达到2%～7.9%,并且带来的效率损失均小于1%。     

一种新型前缝后槽式机匣处理实验及数值研究

本文针对一台低速轴流单转子压气机,结合轴向倾斜缝与周向槽机匣处理扩稳机理,设计了轴向缝周向槽新型组合式机匣处理,通过实验研究和数值模拟的方法验证比较了前缝后槽式机匣处理相比于全槽、全缝及光壁机匣的扩稳效果。研究结果表明前缝后槽式机匣处理的扩稳效果与峰值效率损失均介于全槽与全缝机匣处理之间,即扩稳效果高于全槽机匣的7%,峰值效率高于全缝机匣1%。这说明该设计在一定意义上是一种有效的新型扩稳方式。     

机匣扩稳处理的机理——失速起始点的判据

机匣处理是一种扩大压气机稳定工作范围的新技术。其扩稳的机理目前还不太清楚.本文改进与修正了G.R.Ludwig等人在文献[1]中的分析法,引伸于带多孔壁机匣处理的实际压气机转子叶排中,对各种多孔壁机匣处理的扩稳机理作出了统一的分析.并对其失速起始点和失速裕度的改进量给出了定量的估算.经实验证明,理论分析是可     

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。     

机匣处理对轴流式压气机性能的影响

一、前言 随着飞机飞行范围的扩大和发动机进口畸变流场的出现,要求压气机有足够的喘振裕度和抗畸变能力.机匣处理是增强抗畸变能力和提高喘振裕度的有效措施之一. 本报告介绍了一台三级超跨音速低压压气机在第一级转子外壁进行机匣处理的试验研究的主要结果.共设计并试验了四种处理机匣(小叶片扰流式、周向槽式、斜槽式和     

缝式与槽式耦合机匣处理影响压气机性能的研究

以NASA Rotor 67为研究对象,首先设计出一个性能较好的轴向缝机匣处理,然后在缝的不同位置处开周向槽,对比分析该耦合机匣处理与轴向缝结构对跨音速压气机的影响。结果表明:原始轴向缝使压气机稳定裕度增大17.51%,但导致最高效率降低了0.54%。在轴向缝的基础上加周向槽,可以增大机匣处理的射流量,并能进一步扩大压气机的稳定裕度。其中,将槽加在缝的尾端时,效果最好,可以使裕度增大22.35%,效率降低0.72%。     

跨声速离心压气机机匣处理扩稳研究

高增压技术是高升功率车用内燃机的主要技术瓶颈之一,其核心难点在于高压比离心压气机内部复杂跨声速流动导致稳定运行范围窄,无法满足车用工况在高压比条件下对稳定运行工作范围的要求。为拓宽跨声速离心压气机的稳定工作范围,利用全三维数值模拟研究了机匣处理几何参数对扩稳的作用规律及机理。试验结果表明,采用优化后的机匣处理结构,压气机稳定工作范围由20.8%提高到33.6%。     

轴流压气机非轴对称机匣造型的研究

首次对一尖部失速型的亚音轴流压气机转子进行了非轴对称机匣造型的设计和研究.本文首先分析了压气机非轴对称机匣造型与已有的非轴对称端壁造型概念的异同点,进而对本文研究的转子给出了非轴对称机匣造型的实例,对流场进行了定常与非定常的数值模拟,着重研究了非轴对称造型机匣对转子整体性能和稳定裕度的影响,对造型面对叶顶流动的改变进行了动态的分析,总结了该类机匣设计的初步经验.通过对同转子上非轴对称机匣造型与实壁机匣,周向槽和轴向槽机匣的对比,可以得出结论:精细设计的非轴对称机匣有效利用了叶顶局部压差,以及造型面的流线化,实现了对叶顶流动的优化,在不损失压气机整体性能的条件下实现了一定程度的扩稳.其应用前景值得关注和深入的研究.     

周向单槽轴向位置对低速轴流压气机稳定性影响机理研究

本文采用数值模拟方法捕捉到了不同位置周向单槽对某低速压气机稳定性裕度的影响规律并分析其原因。结果表明:周向槽位于叶片前缘附近扩稳效果差,位于叶顶弦长中下游区域扩稳效果好。采用机匣壁面剪切应力定量识别泄漏流与主流交界面的轴向位置,发现交界面在节流过程中主要存在两种移动规律,并由此将所研究的周向槽分为准模态和突尖两类周向槽。对于突尖类周向槽机匣,交界面的位置取决于叶顶间隙流体的轴向动量平衡。周向槽可以削弱与主流相抗衡的流体的轴向动量,这种削弱作用越强,周向槽机匣的扩稳效果越好。     

基于机器学习XGBoost算法的跨音速离心压气机扩压器气动优化设计

本文以某跨音速离心压气机扩压器为研究对象,提出了一种叶型参数化方法和优化流程,采用机器学习XGBoost算法以及全局寻优模型对其进行了气动优化。研究结果表明,该回归优化模型可以在较少的迭代步数内获得全局最优解,优化速度比传统代理模型具有显著的提升,优化精度与CFD仿真结果相当。优化后的扩压器能够在保证离心压气机压比基本不变的条件下,峰值效率提高1.03%,稳定裕度提高4.79%,对优化后扩压器内部流动进行了分析,讨论了不同设计参数对离心压气机的影响,为离心压气机扩压器设计提供了指导。     

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.     

动叶端区控制体分析方法在跨音轴流压气机周向槽机匣处理中的应用

本文从实际应用角度出发,提出了一种基于三维数值模拟的分析方法,可用于快速比较不同轴流压气机周向槽机匣的扩稳能力。在对失速机理是主流/泄漏流交界面在前缘溢出的认识基础上,确定了以动叶端区轴向动量作为衡量不同周向槽方案对压气机稳定性影响的特征量。不需对机匣处理计算到失速点,仅在光壁失速点流量下,通过比较端区轴向动量的分布即可预测不同方案的扩稳能力。进而以某跨音速转子为示例,分析预测了其七种不同周向槽方案的扩稳能力并利用实验验证了这一方法的预测结果。     

叶尖喷气影响低速离心压气机特性的数值分析

本文采用数值模拟方法研究了进口叶尖喷气对低速离心压气机稳定工作范围的影响。计算讨论了机匣开缝和机匣安装喷嘴两种喷气方案,通过改变喷气量、喷气角、气流偏角以及喷嘴的周向布置研究不同喷气形式对压气机特性的影响。结果显示两种喷气方案均可起到拓宽压气机稳定工作范围的作用,各参数间存在最优组合使喷气的扩稳效果最佳。     

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。     

非定常机匣处理扩稳实验研究

针对一种非定常处理机匣,在轴流风扇实验台上开展偏流吹气扩稳实验研究.主要包括t改善风扇稳定裕度的稳态特性;影响失速先兆波产生及发展的动态分析.结果表明:非定常机匣处理能够在不同工作转速下对风扇稳定裕度有显著效果,效率没有明显改变.偏流吹气可以进一步改善风扇稳定裕度,但同时也会带来一定的效率损失.动态分析证实处理机匣没有阻止失速先兆波的出现.而是有效地抑制了其非线性发展.     

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。     

复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。