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。     

某跨音风扇转子全三维设计与数值模拟

本文采用与三维流场分析程序相匹配的任意叶轮机通用叶片造型程序,进行某单级高通流、跨音、宽弦长风扇转子设计。在设计过程中,通过调整转子进口流量、出口总压、叶片最大相对厚度和前后缘厚度等参数沿径向的分布,弯度和最大弯度位置沿弦向的分布,从设计上减弱了叶片上部的激波强度、降低了激波及其关联的损失,克服了该转子叶尖高相对马赫数和低损失、高效率的矛盾。最终获得满足气动性能和结构强度的风扇转子.     

高速、高负荷跨音速单级风扇设计与试验

本文介绍－高性能单级跨音速风扇的设计与试验结果。该风扇设计压比２．３,设计效率０．８８,具有高切线速度５１０ ｍ／ｓ（相对马赫数达 １．７２）和低展弦比。 在气动设计过程中,为了改善级效率,使用了前缘掠型和任意空间积迭曲线新技术。为了提高气动设计的可靠性,对风扇进行了三维有粘流动计算分析和气动的优化。 试验结果表明：这台风扇性能达到了它的设计目标。设计点压比（２．３）效率为８９．５％,峰值效率达９０．８％,最高压比达２．４９１,喘振裕度超过１１．５％。 这台风扇显示了当今国际上先进风扇水平。高水平性能的取得归功于在高速和高负荷风扇气动设计中准三维和三维粘性设计系统的应用。     

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。     

跨音风扇顶部激波、泄漏流作用的数值研究

本文针对一小展弦比、大稠度带有串列静叶的现代小型跨音速风扇级,采用数值模拟的方法研究了动叶顶部间隙大小对风扇转子设计点性能的影响.分别对动叶顶部相对间隙大小为0%、0.132%、0.396%、0.66%,1.32%五种情况进行了数值模拟.计算结果表明,随着动叶叶顶间隙的增加,风扇性能变化显著.动叶顶部间隙对跨音速风扇顶部激波、激波边界层相互作用都会产生影响.叶顶区域的阻塞与高损失与叶顶间隙的大小,泄漏流的强弱有着十分密切的联系.     

时间推进通流气动设计方法的探索和分析

本文在时间推进法与风扇气动设计相结合方面进行了探索,初步形成时间推进通流气动设计方法及相应设计程序。该方法根本上克服了流线曲率法不能解决混合型方程组的困难,能适用于超音来流风扇的气动设计。采用该方法对高负荷亚音来流风扇、超音通流风扇和超音来流风扇进行气动设计,证实了该方法相对流线曲率法具有很大的优越性。     

超低温离心式冷压缩机通流部分设计与分析

冷压缩机设计目标总压比为15,设计为三级串联运行,设计压比分别为3.2,2.5,1.875,压缩工质为超低温负压氦气。通过气动计算与模拟优化,得到了合理的三级冷压缩机各级转速与各项几何参数。通过CFD模拟计算,得到了三级冷压缩机在设计工况下的流量、压比和等熵效率值。并以第一级为例,对压缩机内部模拟流场进行了分析,表明设计冷压缩机内部流场压力分布均匀,没有出现较大的流动分离与激波。通过对各级冷压缩机选取大量工况点进行模拟计算,得到了各级的预估工作性能曲线。结果表明,各级的设计都满足流量范围随级数增加而增大的要求,且各级目标工况处都在该级的高效区范围内,能够满足设计目标。     

畸变条件下非轴对称静叶对风扇流场影响的数值研究

为了研究非轴对称静叶应用于风扇/压气机中提高畸变条件下工作性能的可行性,本文对轴对称风扇和非轴对称风扇开展了非定常数值研究,获得了两型风扇在均匀进口和畸变进口条件下的特性曲线,并对两型风扇在畸变条件下的流场进行了对比和分析,结果表明:畸变条件下,非轴对称风扇在设计点处的效率和流量相对轴对称风扇有很大提升,而压比下降很小;非轴对称静叶可以抑制畸变区静叶角区分离,同时可以降低动叶非畸变区激波强度;在畸变流体影响的流道内,采用非轴对称静叶可使低能流体沿径向迁移并被主流吹出流道,从而使分离区减小。     

前置部分叶高增压转子风扇气动性能研究

在航空发动机更高推重比的需求牵引下,风扇需进一步提高其通流能力和内涵增压能力。本文以某宽弦复合掠跨音风扇为研究对象,对前置部分叶高增压转子风扇开展了深入细致的性能和流动机理研究。结果表明:高通流风扇中串列转子叶片的周向相对布局对风扇性能有决定性影响,在λ_s=20%周向布局下,风扇最大通流能力在外径、效率以及裕度基本不变的前提下增大5.83%,同时峰值效率点下总压比提升8.38%,压比提升主要来源于内涵压比的提升。研究证实前置部分叶高增压转子风扇有效提升了风扇级的性能水平,展现出巨大应用前景。     

掠动叶对微型轴流风扇气动-声学性能的影响研究

轴向掠是叶片的径向成型方法之一.本文基于Fluent软件分别对具有前10°、后掠10°和径向0°动叶的三种风扇模型进行了定常流场和非定常流场的数值模拟,然后基于FW-H积分完成了风扇流动噪声的远场辐射计算,研究动叶的轴向掠对小尺寸轴流风扇气动与声学性能的影响.结果表明,前掠叶片和后掠叶片使风扇的全压在大流量工作区域低于0°径向风扇,内效率也略有降低.在气动声学性能方面,研究结果表明前掠不利于本文所研究的微型轴流风扇气动噪声的抑制,但后掠动叶降低了风扇的噪声,相比径向风扇,后掠风扇的远场噪声总声压级约下降1. dB.     

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。     

贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮的对比研究

本文对贯流风机变斜式叶轮和常规直叶轮进行了三维数值模拟和实验研究。结果表明贯流风机内部偏心涡的位置沿轴向具有明显的三维分布特征,两者偏心涡的圆周位置沿轴向不断变化,而直叶轮偏心涡的径向位置沿轴向的分布几乎没有变化。变斜式叶轮中偏心涡的位置更加靠近叶轮内圆周和风机的蜗舌。采用变斜式叶轮可以降低叶片通过频率噪声并改善音质。为验证本计算方法的可靠性,计算的流量和压力特性曲线和实验结果进行了比较,吻合良好。     

多翼离心风机的三维数值分析

本文对一前弯多翼离心风机的内流场进行了三维数值分析。结果显示蜗壳内部的最大压力沿着轴线方向分布在不同的圆周位置,叶轮内部蜗舌上游区域存在着进口旋涡,蜗舌附近存在着明显的从叶片出口到进口的逆向回流,蜗舌间隙中存在着间隙涡,本文同时给出了一些典型位置上的速度和静压沿轴向的分布曲线,为验证本计算方法的可靠性,计算的流量和压力特性曲线和实验结果进行了比较,吻合良好。     

空调器新型轴流风扇叶尖涡的研究

本文采用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对只在叶轮尾缘带有导流罩的低压轴流风扇进行了三维稳态内流模拟,详细分析了叶顶流场中叶尖涡的产生和发展轨迹。研究结果表明,叶尖涡在距叶尖前缘约1/4叶顶轴向弦长的吸力面附近形成,在叶轮出口附近消失,在切向约占3/4流道,近似形成一个涡环,阻塞主流.在回转面上,叶尖涡涡核先沿流线方向发展,在导流罩附近逐渐转为切向方向发展;在径向方向,叶尖涡先沿外径方向发展,在导流罩附近转向内径方向移动。空调室外机系统的不对称结构引起叶尖涡在叶轮旋转过程中的相对位移.流量的变化对叶尖涡的轴向位置影响较大,而对其径向位置的影响不明显;小流量时叶尖涡的轴向移动能力减弱,切向移动能力增强,消失位置向前缘方向移动.     

无导叶对转涡轮三维流场的非定常数值模拟

为了揭示1 1／2(无低压导叶)对转涡轮流场的非定常流动特性,运用全三维粘性流场计算程序对某1 1／2对转涡轮模型级的流场进行了非定常数值模拟。结果表明,非定常计算可以获得比定常计算更为丰富的流场信息;非定常效应具有逐级累积的趋势;高压导叶压力面叶表静压展向分布比吸力面均匀;高低压动叶压力面和吸力面叶表静压的展向分布不均匀;高压动叶的负荷随叶高的增加而增大;高低压动叶出口气流角沿整个叶展均较大地偏离轴向,说明高低压涡轮的功负荷较高,在出功量上达到了设计目标。     

1+1/2对转涡轮低压动叶激波结构的研究

本文对1 1／2对转涡轮低压动叶中激波结构等进行了详细的数值模拟．通过对流道中静压和马赫数等参数的分析发现,当高压动叶外伸波扫过低压动叶流道时,低压动叶前缘吸力面处产生了一道脱体弧形激波,流道中吸力面上产生了一道正激波,在脱体激波和正激波之间,存在着较强的膨胀波,这种分布与跨音压气机叶栅中的波系结构相似．当高压动叶尾迹扫过低压动叶时,低压动叶吸力面的压力会产生明显的波动,出现一个随时间变化的低压区．     

涡轮转速对无导叶对转涡轮流动特性的影响

为了探究无导叶对转涡轮在不同涡轮转速下的流动特性,运用CFD方法对某无导叶对转涡轮模型级的流场进行了三维定常多叶片排的数值模拟.结果表明,涡轮转速的变化对无导叶对转涡轮的喉部位置基本没有影响;随涡轮转速的升高,高压动叶内的激波损失增大,低压动叶内的激波损失减小,源生于低压动叶吸力面上的激波沿吸力面向尾缘移动;对于远离设计点的非设计工况,流动分离损失及低压动叶中的激波损失构成了对转涡轮损失中的主体;涡轮转速的变化对高低压动叶出口气流角及高压动叶出口马赫数的影响作用较大;高低压涡轮出功比、对转涡轮的总功率及等熵效率均随涡轮转速的增大而增大.