吸附式叶栅代替串联叶栅气动可行性探索

本文首先以ONERA串列叶栅为研究对象,利用数值模拟的方法对串列叶栅特性及其内部流动进行了分析,在此基础上,设计了与串列叶栅具有同等性能的单列吸附式叶栅,并在设计工况和非设计工况下对改型后的单列吸附式叶栅特性及其内部流场进行了详细分析.结果表明:在相同来流马赫数、出口条件和扩散因子的情况下,单列吸附式叶栅的性能优于串列叶栅,在高负荷压气机设计中用吸附式单列叶栅代替串列叶栅的做法是可行的.     

透平叶栅静叶周向布局的数值研究

本文采用分区、并行计算方法求解二维Ｅｕｌｅｒ方程,对１．５级透平叶片排内的非定常流场干涉进行了数值模拟,并探讨了透平叶栅静叶周向布局对透平级性能的影响．计算结果表明,本文的处理和计算方法是合理有效的,并且发现存在静叶最佳周向布局,此时透平级的性能最好．本文所得结论对于透平级的优化设计是有意义的。     

弯曲静叶时序效应对压气机性能的影响

本文实验研究了弯曲静叶栅时序效应对某低速轴流压气机性能影响.结果表明,两列静叶时序位置不同导致压气机效率发生显著变化,且变化幅度随流量增加而加大;设计点处,时序位置为4/18和12/18相对节距时具有最低、最高压气机效率,差值约为0.6%;最大流量处,时序位置为O/18和8/18时效率差值约为2.7%.出口流场测量显示,上游静叶尾迹被输运到下游叶列流道中不同周向位置并与该列叶栅不同区域低能流体的掺混是导致压气机性能随静叶时序位置不同而变化的主要原因.     

平面扩压叶栅静叶相对位置改变对流动的影响

本文选取某重复级压气机平均半径处的型线,进行平面扩压叶栅非定常数值模拟。对8组不同的静叶相对位置进行了非定常计算,讨论了不同位置时流场的流动特点,优化出第一级、第二级静叶在给定的气动条件下最佳相对位置。     

根部开槽对叶栅三维角区分离的控制研究

三维角区分离是压气机静子叶栅中固有的流动结构,对压气机性能有着重要的影响。本文对一PVD叶栅和一NACA65叶栅,在分析其通道内流动机理的基础上,提出了在叶片根部从压力面向吸力面开槽的控制角区分离的方法。数值研究了槽道出口位置对PVD叶栅性能及角区分离的控制作用,发现在保持槽道其他参数不变的情况下,存在一最优位置使得叶栅攻角特性最优;结合计算及实验测量的方法,验证了NACA65叶栅中叶根开槽控制角区分离的有效性。两个叶栅研究结果表明:叶根开槽可有效控制角区分离,减小叶栅损失,增大叶栅扩压能力,拓宽叶栅可用攻角范围。     

串列式叶栅扩压器非定常流动研究

采用数值模拟方法,对串列式叶栅扩压器中的非定常流动进行了研究。结果表明,带串列式叶栅扩压器的离心压气机内部流动是以强非定常的三维黏性主流和缝隙流动为主要特征,串列式叶栅扩压器内部流动存在明显的非定常性,压力脉动的传播在前排叶栅通道内衰减很快。扩压器前排叶片通道内压力脉动的主频为叶轮叶片通过频率。后排叶片前缘附近压力脉动的主频变为0.5倍叶频。串列式叶栅扩压器进口的压力脉动主要受到叶轮的激励作用;串列叶栅间隙处,随主流输运而来的叶轮尾迹与缝隙流、前排叶片尾迹相互干扰与叠加,成为后排叶片前缘压力脉动新的激励。相比于近叶根、叶尖处,前排叶片前缘中间叶高处的压力脉动受到叶轮主流和分流叶片尾迹的激励作用更强烈。     

可调串列静子特性及其对风扇性能的影响研究

为了探究可调串列静子相对于常规可调静子的优势机理和流量调节极限,采用数值模拟方法分析了中低转速下某两级风扇在常规静子可调和串列静子可调两种情况下的变角度性能。结果表明：静子出口气流角决定下级转子部件流量,开大串列静子前叶可以提高静子部件流量,风扇整体流量由转静子部件流量共同限制;对中间级,调节常规静子会引起进出口几何角变化不匹配,改为串列可调后,在实现相同的出口几何角下,调节合适的串列前叶角度会大大减小静子损失,同时增大流通能力;对出口级,串列可调可以在保证风扇出口流动方向的前提下,调节串列前叶实现更高流通能力和更小损失;通过各级导叶静子匹配调节,与常规方案相比,串列方案的效率0.84以上的最大流量边界提高了10%。     

轴向间隙对压气机时序效应影响之二：截面特性

本文实验研究不同轴向间隙、不同静叶时序角度对某低速轴流压气机出口流场的影响.结果表明,当一级静叶尾迹位于二级静叶流道中央位置时对应压气机最低效率状态;一级静叶尾迹重合或接近于二级静叶尾迹时对应压气机最高效率状态.随着轴向间隙的减小,压气机的扩压能力逐渐增强,通流能力下降.此外,设计工况下压气机输入功率也随轴向间隙的减小而增大.综合考虑轴向间隙对压气机扩压能力、通流能力及输入功率的影响,推测存在一个最佳轴向间隙,使得各项因素达到最优匹配,实现压气机的最佳性能.     

高负荷弯曲扩压叶栅中旋涡流动的研究

在不同冲角下,采用五孔探针对三种大弯角压气机叶栅流场进行了详细测量,并利用数值模拟研究了流动分离和旋涡结构对弯叶栅气动性能影响.结果表明,叶栅流道内旋涡由多涡结构向单一涡结构转变的趋势明显,叶片正弯曲加强了近吸力面涡系径向掺混作用;高负荷压气机叶栅中采用正弯叶片,必须抑制中部流动恶化.     

高压比旋转冲压叶轮研究

在喷气发动机的发展过程中,通过增大压气机的级负荷来减少压气机的级数,提高整个发动机的推重比(功重比)是一个重要的发展方向,而提高动叶周向速度是提高压气机级压比的重要发展途径.随着高负荷压气机的叶尖来流相对马赫数的进一步提高,利用复杂激波波系来实现增压效应的超音速压气机成为高性能压气机的研究趋势.本文在对比分析超音进气道、Rampressor和传统超音速压气机的基础上,将超音进气道的设计原理引入冲压叶栅的设计当中,提出了将冲压面布置于S1流面的旋转冲压压气机转子方案,并创造性地提出了内压式冲压叶栅的概念及相应的设计方法.采用此类冲压转子的压气机,具有大流量、高负荷、高效率的特点.数值模拟的结果表明,当叶尖速度达450m/s时,冲压叶轮的静压升可以超过4.5,总压升可达2.9,叶轮的效率则为83%左右.     

弯扭静子叶片的环形叶栅试验

弯扭静子叶片的环形叶栅试验徐文远，于清，杨弘，王仲奇（哈尔滨工业大学动力工程系哈尔滨１５０００１）关键词：弯扭叶片，环形叶栅，试验随着弯扭叶片理论的发展，它在国内外叶轮机械中的应用日益广泛。在国外，弯扭叶片已应用于新一代航空发动机中，如Ｖ２５００、Ｐ...     

Passive control of discrete-frequency tones generated by coupled detuned cascades

Discrete-frequency tones generated by rotor-stator interactions are of particular concern in the design of fans and compressors. Classical theory considers an isolated flat-plate cascade of identical uniformly spaced airfoils. The current analysis extends this tuned isolated cascade theory to consider coupled aerodynamically detuned cascades where aerodynamic detuning is accomplished by changing the chord of alternate rotor blades and stator vanes. In a coupled cascade analysis, the configuration of the rotor influences the downstream acoustic response of the stator, and the stator configuration influences the upstream acoustic response of the rotor. This coupled detuned cascade unsteady aerodynamic model is first applied to a baseline tuned stage. This baseline stage is then aerodynamically detuned by replacing alternate rotor blades and stator vanes with decreased chord airfoils. The nominal aerodynamically detuned stage configuration is then optimized, with the stage acoustic response decreased 13 dB upstream and 1 dB downstream at the design operating condition. A reduction in the acoustic response of the optimized aerodynamically detuned stage is then demonstrated over a range of operating conditions.     

透平静叶安装节距误差对级性能影响的数值研究

数值研究了蒸汽透平静叶节距变化对级性能影响。选取典型高压透平级,通过增、减静叶数改变静叶节距,分别对原型(A)、静叶部分透光(B)、静叶完全透光(C)和静叶节距减小(D)四种设计情况进行了全三维定常计算分析,获取了透平静叶节距变化对级性能影响的认识,讨论了蒸汽透平叶片设计中的“无透光”工程准则,从而为处理静叶节距变化这一工程问题提供依据。     

弯掠动叶对跨声压气机非定常气动负荷的影响

对一单级跨声压气机设计工况采用弯掠动叶前、后的非定常流场进行了数值模拟,深入分析了动叶弯掠对压气机叶片非定常气动负荷的影响.结果表明t动叶弯掠后,动、静叶的气动力和气动力矩时均值由于叶片负荷大小及分布的不同变化而产生不同程度的改变;由于动叶对下游静叶的尾迹和二次流干扰远强于动叶所受到的下游静叶的势流干扰,静叶的气动负荷发生较大波动;弯掠动叶减轻了端壁损失并且减弱了顶部泄漏涡强度和根部角区分离,从而减弱了对下游静叶的非定常干扰,这使得静叶各气动参数的波动幅值显著降低.     

叶轮机械动静叶片排非定常气动干涉的数值模拟

本文采用一种分区算法求解二维Navier-Stokes方程,对叶轮机械多级叶片排内的非定常流场干涉进行数值模拟。在探讨分区计算对于复杂通道内流场和动静叶列非定常干涉作用数值计算的必要性和重要性之后,针对某蒸汽轮机跨音速叶片组进行了数值分析,得到了典型的动静叶间非定常干涉流动图谱、作用于叶片的非定常气动力及其频谱特征。计算结果表明。本文提出的计算方法是合理有效的,为今后进行大规模动静叶非定常气动计算和基于非定常数值模拟的工程设计提供了可靠的依据和有用的工具。     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

压气机抽气级静叶吸力面抽气方式的研究

本文提出了将压气机系统性抽气与改善流道内部边界层流动相结合的方法,以提高压气机抽气级的性能.以某多级轴流压气机为例,采用数值模拟的方式讨论了压气机静叶吸力面抽气的可行性.通过不同抽气流量下3个算例计算结果的比较分析,证明了通过静叶吸力面抽气改善叶片性能和流动状况是可行的.     

非光滑叶片对叶栅流道内通道涡影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片叶栅及三种非光滑叶片叶栅进行了实验研究,以研究 与光滑叶片相比,非光滑叶片对叶栅流道内通道涡发展变化的影响。实验结果表明,与光滑叶片相 比,非光滑叶片对叶栅流道内的通道涡有明显的影响,通道涡的位置沿节距方向移向流道中心处, 沿叶高方向不变,通道涡的强度有所减弱。分析了非光滑叶片的影响原因。     

多级轴流压气机三维数值优化设计

开发了利用非均匀有理B样条对叶轮机械三维叶片进行参数化重构的叶片造型模块和提供多种优化方法的优化模块;集成上述模块以及自主开发的网格生成软件和流场求解软件,建立了压气机气动数值优化平台.在该平台上对某5级轴流压气机末级静子进行了气动数值优化设计,取得了良好的优化效果,压气机性能得到有效提高.