跨声速压气机突尖波型失速特征的数值研究

为了研究跨声速轴流压气机突尖波型失速先兆的表现形式及传播机制,对跨声速转子开展三维全周非定常数值研究。在转子周向不同位置处布置多个压力探针,获取了转子失速过程中压力信号的变化情况,对压力信号分别进行了时域、频域分析。结果表明,转子叶尖产生了典型的"前缘溢流"和"尾缘回流"的突尖波型失速先兆,近失速工况转子产生了两个失速团,并以65%转速沿周向传播,尾缘回流与叶尖泄漏涡相互作用产生一个龙卷风式的旋涡并向前缘移动在相邻叶片前缘溢出形成一个低压区。     

轴流压气机叶顶间隙泄漏流的周向传播特性实验研究

在一台单转子低速轴流压气机上,以叶顶间隙泄漏流非定常性为切入点,通过实验测量沿弦向和周向的壁面非定常压力,分析了叶顶端区非定常波动特征沿叶片弦长的调频特性。研究了占主导地位的叶顶间隙泄漏流非定常波动沿周向的传播特征,进一步分析叶顶间隙泄漏流非定常性波动到失速先兆信号产生的演变规律。实验结果表明,由叶顶间隙泄漏流非定常性波动主导的叶顶端区流场在压气机节流过程中,其周向传播速度逐渐增加,直到失速先兆的产生。由此可以判断,叶顶间隙泄漏流非定常性是失速先兆信号分析和预测的流场依据,为澄清和理解叶顶间隙泄漏流非定常和失速先兆至失速的不同流动特征的统一流体力学机理提供指导。     

轴流压气机旋转失速先兆过程中-的频率阶跃现象

本文采用小波分析数据处理方法,分别对高速和低速单级轴流压气机旋转失速先兆的发生和发展过程进行了分析,结果发现两台压气机的旋转失速先兆都是由脉冲开始,随之出现频率逐渐阶跃的低频波,当阶跃频率到达失速频率时压气机进入失速。在高速实验台上发现这一现象的出现沿叶片通道方向由后向前延迟。     

离心压气机突尖失速预测与模态识别方法

本文以带有蜗壳的离心压气机为研究对象,首先采用压缩动态模态分解方法对叶轮失速扰动结构进行提取和分析;其次,基于线性稳定性理论,建立叶轮入口z-θ圆柱面的二维稳定性分析方法,对失速诱发的流动失稳扰动传播进行研究.结果表明,由叶片前缘溢流引起的失速扰动可以分解为四种形式:基本流场扰动、叶频和转频引起的扰动、压气机在失速先兆...     

小波方法分析小流量喷气影响两级低速轴流压气机失速特性的动态效果研究

本文用连续小波变换和二维图像处理方法对三个不同角度的喷气试验数据进行了分析．通过对比分析，连续小波变换发现失速前转速频率成分的能量在两级动叶前的信号中出现波动现象，而这种波动的强度与喷射角有关；二维小波图像分析发现，压力场中相对于叶片通道而言的大尺度奇异性均在失速前呈波动性增强，这种波动以接近转子转速沿压气机周向旋转，喷射角度对失速前的奇异性及其波动程度有明显影响．一维小波方法和二维方法的结果相互对应，但二维方法更加具有优势．     

低速轴流压气机单转子旋转失速三维数值模拟和实验比较

本文通过求解三维不可压N-S方程,对三级低速轴流压气机第一级的孤立转子进行数值模拟,在出口加上节流阀进行了非定常计算,得到了失速先兆的特性,并且与压气机失速实验进行了比较。结果表明,计算与实验的特性线符合较好,单转子三维计算与压气机三级实验中第一级转子在失速先兆和失速团的特性一致。并且数值失速过程中动叶通道内部动态压力的变化与实验结果也很接近。     

周向进口畸变对压气机失速过程的影响

本文对一台带有不同周向进口畸变装置的三级、低速、轴流压气机进行实验研究。研究结果发现周向进口畸变对压气机失速过程的影响包括了最初始的大时间尺度扰动产生的位置与条件;大时间尺度扰动失速先兆向脉冲型失速先兆的转化,以及大时间尺度扰动失速先兆尺度随转子转动方向的逐渐减小。说明局部扰动和系统特性之间存在一定的相互关系。     

单级跨声速压气机旋转失速模拟方法

为了研究多排跨声轴流压气机旋转失速先兆的表现形式与失速演化规律,基于自主研发的CFD软件ASPAC,通过发展动态重叠网格技术,流量出口边界条件以及节流阀边界条件,对单级跨声速压气机NASA Stage 35由近失速状态到完全失速状态的过程进行了模拟.结果表明,发展的数值模拟方法能准确地模拟多排压气机的旋转失速发展过程;均匀进气条件下,随着NASA Stage 35向失速状态逼近,某些动叶压力面前缘出现了叶顶间隙流溢流现象,促使压气机进入旋转失速状态;在失速先兆阶段,周向非均匀流动开始出现并沿压气机周向传播;当完全失速时,失速团充分发展并连续地沿周向旋转,结构几乎不随时间变化.      

一台低速压气机的失速前扰动分析

本文应用小波的方法对一台三级、低速、轴流压气机的动态实验数据进行了分析。所分析的数据点的范围从压气机发生旋转失速前1000转开始,分析结果表明:失速前扰动的出现是间歇性的,即扰动出现、发展、消失、再出现、再发展、再消失。将所有沿圆周方向布置的传感器信号一起分析,失速前扰动形成的团沿圆周方向旋转。而且,越接近失速点,失速前扰动团沿圆周方向传播的距离相对越长。同时,表明结构的不均匀产生在第七传感器和第一传感器之间。     

叶片扩压器小流量工况内部流动特性研究

在离心压缩机包含的部件中,叶片扩压器的恶化往往制约着整机的正常工作范围。本文针对叶片扩压器在小流量情况下内部的流动特性进行了非定常动态测量,并与数值计算进行了对比分析。结果表明,随流量减小,由叶轮扫掠引发的叶片通过扰动在扩压器段作用愈发明显,且分流叶片与主流叶片非均匀性尤为突出。同时,半无叶区至喉部性能对于叶片扩压器的非稳态过程具有决定作用。位于喉部附近吸力面区由大规模角涡分离诱发的喉部阻塞及其非定常扰动特性将直接诱发叶片前端失速团的产生。     

低速轴流压气机旋转失速先兆特征的实验分析

本文对低速轴流压气机旋转失速先兆特征进行了分析．观测到动叶进口处模态波型失速先兆沿周向的结构变化特征和相位移动特征；比较了不同转速条件下的先兆发展规律；采用改变节流阀速率的方法，观测了外部激励对模态波发展的影响；从实时捕捉失速先兆的目的出发，对失速前期低频信号的演化特征进行了分析．     

旋转进口畸变与轴流压气机旋转失速相关联的模型与实验探索

本文自行设计了轴流压气机旋转进口畸变发生装置.基于M-G模型,建立了轴流压气机旋转畸变模型.采用数值模拟和实验测量相结合的方法研究了轴流压气机在发生旋转进口畸变情况下的失速过程.试图通过分析畸变扰动与旋转失速之间关联性来探索压气机失稳的触发机理.研究结果表明:在旋转畸变条件下,压气机旋转失速总是始发于畸变扰动位置.     

旋转总压畸变对压气机稳定性影响数值模拟

本文利用发展的预测轴流压缩系统动态失速特性及进气非均匀性影响的理论模型,系统计算分析了进气总压畸变旋转频率对下游压气机稳定性的影响。计算结果表明进气总压畸变的幅值和旋转频率对压缩系统的动态失速特性和稳定性都有强烈的影响,旋转频率对旋转失速边界和喘振边界的影响类似。但是,系统的"危险"响应频率强烈地依赖于其旋转失速的传播频率。该模型理论上是先进的,而且计算结果与现有实验数据的比较表明该模型是可靠的。     

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对高速跨音压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发,探讨了旋转失速发生和发展过程中,流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．     

环形腔处理机匣对低速风扇性能和失速裕度的影响

本文从实验角度探讨一种新型带有环形腔的槽式处理机匣对风扇性能和失速裕度的影响。结果表明:处理机匣的槽向和槽与转子轴向重合度是影响风扇性能的两个主要参数,应用于本实验的低速风扇中,圆弧槽槽向与转子叶型方向相错,槽与转子轴向重合度为1/3的环形腔处理机匣对风扇失速裕度有明显提高,但效率略有下降。同时随环形腔腔体体积增大风扇裕度有明显振荡变化,进一步的规律值得深入探讨。     

高速压气机不稳定流动声测量技术研究

本文叙述了用声测量技术研究高速压气机的旋转不稳定特性、失速先兆及失速过程,建立了一套测量方法、测量系统,测量了高速压气机管道内声场的时域波形、频谱和管道声模态,结果分析表明:在没有激波的条件下高速压气机的管道声场中也存在低速压气机中可能存在的不稳定分量,但在有激波存在时无法分辨激波分量和不稳定分量,也未发现激波噪声分量的模态特征。所建立的测量系统具有高速、大容量、连续采集多通道信号的能力,并有快速计算频谱和模态的功能,使这种测量技术可成为一种常规研究压气机不稳定特性、失速机理和失速过程的有效方法。     

轴向间距对压气机失速特性的影响

采取在静子叶片表面埋入微型压力传感器的方法,对叶尖、叶中和叶根三个截面上的动态压力进行测量,实验研究了六个轴向间距下压气机的旋转失速特性。实验结果表明:轴向间距对压气机失速点的流量系数影响很大,转静子轴向间距减少,压气机失速推迟;压气机刚进入旋转失速的模态与轴向间距有关,轴向间距较大时,压气机首先进入多团全叶高旋转失速,当轴向间距为21％CR时,压气机直接进入单团全叶高旋转失速;轴向间距不同,近失速点的压力扰动也存在差别。