高比转速离心压气机叶轮的设计及其三维流场分析

利用三维数值模拟计算(CFD)技术进行了100 kW微型燃气轮机的高比转速离心压气机叶轮的设计与内部流动的数值模拟与分析,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布。根据数值模拟分析,设计的100 kW微型燃气轮机高比转速离心压气机叶轮具有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,可以满足微燃机总体设计对压气机的要求。流道内存在复杂的跨音速流动现象。在下一步工作中,有必要优化设计叶轮几何型线,提高压气机效率。     

压气机级间抽气的数值模拟

燃气轮机的压气机抽气配管是燃气轮机设计以及运行使用中的一个重要环节,是一组连接燃气轮机压气机和透平的通流部件.它从压气机的某几级中抽取一部分压缩气体通入透平或其后排气通道.本文通过数值模拟的方法研究了压气机抽气级的流动特性,考察了抽气流量和抽气槽角度对压气机主流流场的影响.     

微燃机稳压箱的计算分析

本文对自行设计的100 kW微型燃气轮机的稳压箱进行了数值模拟,并将结果与国外某75 kW微型燃气轮机的稳压箱的数值模拟结果进行了对比。然后对结果进行分析,从中发现,自行设计的微型燃气轮机的稳压箱与国外同功率级的稳压箱相比,总压恢复系数有所提高,流动损失较小,因此具有更优良的气动性能。计算表明,进口处流动方向变化较大,流动损失也较大,并且流动复杂,有漩涡产生,流场具有复杂的结构,必须在设计时引起足够的重视。     

某五级高负荷轴流压气机气动性能分析

本文针对某五级高负荷压气机进行了实验和数值计算研究,详细对比分析了该压气机设计转速下的气动性能。首先就总体性能和流场细节对数值计算进行实验校核,结果表明:该压气机数值计算得到的总体性能曲线与实验结果吻合良好,设计点和近失速点的级间总压和壁面静压的数值计算和实验结果吻合良好。进一步气动分析表明;该压气机设计工况下气动性能良好,近失速工况下第五级静叶70%叶展以下部分流动首先恶化,进而引发该压气机失速。     

一先进跨音速离心压气机叶轮内部粘性流动数值模拟

随着计算机和计算技术的发展，三元粘性数值计算被广泛地应用于叶轮机械内部流场分析，本文使用三元Ｎ－Ｓ方程对这一先进跨音速离心压气机叶轮内部流场进行数值模拟，一是对这一成功设计进行分析验证。二是使用数值方法进行内部流场细节的模拟掌握其内部粘性流动特点，为今后设计和改进高压比跨音速离心压气机提供经验。     

离心压气机的叶片扩压器设计及流场分析

本文设计了三种不同的叶片扩压器与前期设计的100 kW级离心压气机的叶轮进行匹配,并进行了数值模拟.结果显示三种叶片扩压器入口平均马赫数为0.8,流场内不存在局部超音区,避免出现激波与边界层的相互干涉以减小损失。扩压器入口气流角与设计值最大偏差小于4°。采用三种叶片扩压器的离心压气机总体性能均满足设计要求,尤其是采用双圆弧法设计的翼型扩压器总体性能和内部流场分布都明显优于另外两种扩压器。     

多级轴流压气机全工况特性计算

本文使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,对某十五级轴流压气机进行了内流流场和全工况特性的数值计算尝试。分析了该压气机在设计工况和非设计工况的性能,同时把整机计算结果和前七级叶片的计算结果进行了比较。计算结果表明,当计算的级数较少时,目前的软件和硬件平台可以比较合理地预测压气机的全工况特性;而当计算的级数较多时,准确的数值模拟仍需要更为准确的多级模型和数值方法。     

离心压气机部件几何造型方法的研究

叶轮在微型燃气轮机占有很重要的地位.本文采用B样条曲线,对照母型级压气机叶轮的几何参数,通过调整控制点的参数,并且结合数值模拟,对母型级叶轮进行优化,从而完成了对叶轮几何轮廓的设计.在整个过程中,找到了一种快速的建模的方法,大大缩短了设计时间.     

非对称进气双面压气机叶轮工作模式研究

采用数值模拟方法对两端非对称进气双面离心压气机整级和简化模型的工作特性进行分析。结果表明:非对称进气双面离心压气机存在两种工作模式,随着流量减小由并行工作模式转换成单侧叶轮工作模式;同时,对两侧叶轮出口各区域速度三角形进行了分析,阐明了各区域速度分量存在差别的原因以及共享扩压器内的流动与掺混状况;此外,分析了小流量工况下两侧叶轮出口流场的非对称结构,发现该工况后方叶轮对应各量的周向掺混更为迅速。     

基于非线性谐波法的离心压气机确定应力场分析

本文采用非线性谐波法与定常计算方法,对离心压气机的内部流场进行了数值模拟,对比了时均流场与定常流场的差别,研究了离心压气机确定应力分布的特点。结果表明,采用非线性谐波方法所得到的压气机内部流场宏观结构与定常结果基本一致,但流场参数分布细节存在较明显差别,且这种差别与对应的确定应力场的分布特征吻合,验证了确定应力是引起时均流场与定常流场差别的原因。对确定应力的分布特征分析表明,离心压气机内确定应力在流向上呈现为从叶轮出口向上下游逐渐递减的趋势,在叶高方向上表现为从叶根到叶顶逐渐递增趋势;且在整体上,确定应力的空间不均匀特性在叶轮出口处最为强烈,表明离心压气机内部最强非定常效应同样位于叶轮出口。     

带有动力涡轮的双轴原理型燃气轮机的研制

描述了一种小型双轴原理型燃气轮机的研制过程。采用离心压气机,向心涡轮,单管燃烧室组成燃气发生器,电机通过齿轮箱由动力涡轮带动。简要介绍了一些主要部件的设计方法,给出了滑油系统和燃油系统原理图。对在研制和实验过程中所遇到的主要问题及其解决方法进行了介绍。经过多次实验表明文中给出的小型双轴原理型燃气轮机能够发出10kW电力,它可用来作为坦克燃气轮机主动力的模拟装置和一些车辆的辅机电站使用。     

1.5级跨音速压气机内部流场数值分析

本文以正在建设的1.5级跨音压气机试验台所采用的压气机为研究对象,利用NUMECA软件计算了该压气机在不同转速下的特性曲线,并在设计转速下,对其内部流场进行了分析研究.研究表明:激波位置和强度随压气机运行工况的变化而变化;在近失速工况和堵塞工况时,压气机内部流动出现分离;在设计工况时,压气机内部流动状况良好.上述结论,可以为试验台建设中,探头位置的确定和激光测窗位置的选取等提供指导和帮助.此外,该算例作为一盲解,将来同实验结果对比后,可以用来检验和校准CFD程序,为国内F级燃机设计平台的建设打下良好的基础.     

单轴恒速回热燃气轮机的变工况解析特性及初步经济分析

本文给出单轴恒速回热燃气轮机变工况特性的显式解析解,并且总结了其变工况的典型情况;发现当对所有参数都用与其设计值的比值表达时,燃气轮机效率可以基本总结为单一曲线,并定量论证了恒速单轴燃气轮机采用回热后变工况效率反而相对有所下降。利用得出的解析解,还对采用回热的经济评价给出了初步分析,给出了采用回热合适与否的判别公式。     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

制冷用线性压缩机结构设计与动力分析

介绍了制冷用线性压缩机结构中活塞组件、容量调节机构和气阀等设计选型的解决方法,提出一种以R134a为工质,冷量为2kW的线性压缩机设计方案。建立线性压缩机动力系统数学模型,并对模型中主要非线性因素气体力进行分析,以活塞运动方向为判据区分压缩机的工作过程,最后通过MATLAB/Simulink平台建模仿真,分析动力系统设计参数对制冷用线性压缩机动力性能的影响。     

压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮流场分析

本文对压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮作了流场分析。分析使用流线曲率法。实际气体的热力学是基于作者提出的通用状态方程和Ｓｃｈｕｌｅｓ的多变分析。对一个压缩理想气体的叶轮作了实验测量。分析结果比较表明，压缩理想气体和实际气体时叶轮中速度分布是不同的，且压缩实际气体时，叶轮出口参数不同于压缩理想气体时的计算和实测结果。     

非绝热小燃机热力学模型分析

以小型燃气轮机为研究对象,针对热端部件涡轮通过固壁向压气机传热,建立了压气机和涡轮非绝热运行工况热力学模型.基于一定假设,提出不同的效率定义式,并分析了影响各种效率改变的因素及变化趋势,发现测量效率不能准确反映部件的实际气动能力,它对压气机和涡轮传热效率的估计均存在偏差.进一步从热力循环角度研究了热量传递如何改变整机系统实际出功量和效率,结果表明不同的热量传递方式以及压比温比的改变都会对系统性能造成不同程度的影响.     

高速离心压气机的设计与流场数值计算

介绍了一个带有分流叶片的小流量离心压气机的设计过程,这个叶轮的主要设计参数为流量0.215 kg/s,转速95000 r/min,压比1.8。简要介绍了离心压气机设计系统,其中包括初步设计及优化模块,性能仿真模块,叶轮造型模块。使用三维N-S方程对所设计的离心压气机在设计点的性能进行了计算,计算结果表明所设计的离心压气机基本能够满足设计要求。