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.     

跨声速轴流压气机动叶弯和掠效应的应用

对一单级跨声速轴流压气机的动叶分别进行了前掠和正弯研究,然后针对前掠和正弯叶片各自所存在的问题分别作了改进.对掠动叶中部的叶型做了二维改型以降低中部的激波强度和分离损失;对弯动叶不同截面叶型的安装角进行调整以消除正弯对动叶出口气流角的影响.最终应用前掠和正弯动叶的压气机的效率得到明显的提高.在对正弯和前掠动叶研究的基础之上,对动叶进行了前掠和正弯相联合的设计以综合利用弯和掠的有利作用.同时对弯掠动叶中部截面的叶型进行了二维改型以降低中部分离损失,并且对不同叶高截面的安装角进行调整以消除对出口气流角的影响.最终应用弯掠动叶的压气机效率和失速裕度都得到显著提高.     

轴流式弯掠动叶变工况气动──声学性能的实验研究

本文介绍了变工况下，两台具有相同几何参数（动叶弦长除外）的轴流试验风机进行的气动一声学性能的实验研究。一台动叶是常规（径向）动叶，另一台是弯掠动叶（其弦长在中往处增加２０．４％。实验表明：在相同转速条件下，弯掠动叶轴流风机与径向动叶风机相比，不仅提高了气动效率（３％左右），降低了气动噪声（２～４ｄＢ（Ａ）（在最高效率点处，弯掠动叶与径向动叶相比压升增加了１３．１％，流量增加了５％），而且还大幅度地扩大了稳定工作范围（２０％左右）。弯掠动叶在旋转失速工况下性能曲线平坦，并且其旋转失速特征参数明显不同于径向动叶。弯掠动叶的总声压级和噪声频谱也表明了弯掠动叶具有低噪声的特点。     

扩压叶栅中弯叶片作用气动机理的探讨

回顾和总结了关于弯叶片在压气机中气动机理的不同理解.深入探讨了压气机中弯叶片叶栅的气动力学变化,给出了弯叶片气动机理的另一种解释,即弯叶片在亚音速叶栅中通过改变密流的径向分布控制分离流动的发展,在超跨音速叶栅中通过改变激波前后的压力分布控制激波强度的大小.     

计及Re数影响的气动—声学性能实验及优化设计

实验和计算都发现高Ｒｅ数（自模化区）风机的宽频噪声占有大部分频域,而低Ｒｅ数（非 自模化区）下离散噪声占主导地位。优化设计结果表明对低Ｒｅ数的动叶必须进行修正,低Ｒｅ数 弯掠动叶与高Ｒｅ数相比,需要更大的弯角和掠角才能达到气动—声学性能的最佳值。     

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.     

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.     

高负荷压气机叶栅分离与流场结构研究

通过流动显示及静压测量,对不同冲角下、三种叶型弯角的环形压气机直、弯叶栅近壁面区域的流动分离及旋涡结构进行了实验研究.结果表明,近吸力面的气泡分离与转捩取决于叶栅型面静压分布;随叶栅负荷增大,流动分离形式由闭式分离逐渐向开式分离发展,流动分离的对称性逐渐减弱;减少涡系与涡系、涡系与附面层之间的相互作用及掺混可以有效拓宽正弯叶片的应用范围.     

局部端前掠对跨音悬臂静子气动性能影响研究

探究了局部端前掠对跨音悬臂静子气动性能的影响。一方面,局部端前掠可以减小悬臂静子轮毂端吸力面上跨音区的峰值马赫数,减小激波损失;另一方面,局部端前掠可以减小悬臂静子轮毂端的峰值负荷,使得负荷沿弦长方向重新分布,减小泄漏损失。同时,把局部端前掠技术应用于一台工业用多级轴流压气机中的跨音悬臂静子,在保持总压比和稳定工作范围的前提下使得多级压气机绝热效率提高近0.85%。     

跨音压气机基于前掠和小翼联合扩稳方法研究

针对NASA的Rotor37转子,采用数值方法详细研究了气动前掠和压力面叶尖小翼两种控制方法对其总体性能和叶尖流场结构的影响机制。数值结果表明,单独采用前掠和同时采用前掠和小翼联合作用分别使压气机稳定工作范围提升20.1%和27.7%,且对压气机的效率和增压比影响较小。气动前掠一定程度上抑制了间隙区泄漏流引发的气动损失及低速区范围,但是会导致尖区边界层分离及损失明显增加。相比之下,压力面叶尖小翼对由泄漏流诱发的低速区和吸力面边界层分离区均有较好的抑制效果,从而实现压气机稳定工作范围的明显提升。此外,气动前掠和叶尖小翼的作用效果也表明,转子叶顶的静压差虽然是间隙泄漏流的直接驱动力,但不是影响泄漏流强度和作用范围的唯一因素。     

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．     

气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格技术、分区算法以及双时间步长的方法,对某型涡轮级叶栅流场进行了非定常NS方程数值求解,考察了在有、无冷气喷射条件下涡轮级气动性能的非定常变化。结果表明,上游静叶栅是否喷射冷气对下游动叶栅超音速区域的影响具有明显的区别,有冷气喷射时动叶栅前缘气动负荷降低,级效率下降约1%,但是不同动叶通道内气动性能随时间周期性变化的幅度明显减小了。     

向心压气机进出气道设计及整机模拟

向心压气机的通流部件主要包括:进气道、动叶栅、静叶栅、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的静止通流部件的子午面进行设计,进气道、出气道子午面设计采用等截面法,能保证进出气均匀、轴向对称;并对所设计的向心压气机进行了整机模拟及变工况分析。结果表明,所设计的向心式压气机气动性能符合要求,向心式压气机是可行的。     

弯叶片对压气机叶片表面流动稳定性影响研究

本文研究了压气机叶栅中采用弯叶片对叶片表面流动稳定及转捩的影响.以风洞测得的叶片表面静压实验数据为基础,通过求解Falkner-Skan方程,获得不同来流马赫数下叶片边界层内气动参数.将以上结果作为边界层的平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系线性抛物化稳定性方程(PSE),对边界层流动的稳定性进行特征值分析.计算结果表明,在压气机中采用弯叶片,可改善叶栅吸力面两端区边界层的流动,但同时会恶化叶栅吸力面中部边界层流动的稳定性;合理地匹配选择叶片的弯向与弯量,才能有效地提高扩压叶栅的整体流动稳定性.     

间隙区域的流动结构对压气机气动性能的影响

以一单级轴流压气机实验台为研究对象,对其内部流动进行了全工况的数值模拟。数值计算结果与实验测量结果对比分析表明程序很好地预测出了单级压气机的总性能和基元性能。数值分析峰值效率和失速边界工况下动叶和静叶间隙区域流动结构的变化表明:随着压气机的运行工况由峰值效率点向失速边界点移动,动、静叶间隙泄漏涡向下游发展过程中产生的阻塞效应明显增强,该阻塞效应是导致压气机失速的主要原因。     

高性能高负荷轴流压气机设计参数选取分析

高负荷压气机设计参数的选择由于超出了常规负荷压气机设计参数的选择区间,有必要进行系统的分析以确定其关键气动和叶片几何造型参数的选取原则,从而保证其综合性能能够达到较优的状态。本文首先通过数值模拟方法,建立了基于CDA叶型的覆盖高负荷压气机叶型设计参数选择区间的数值数据库,发展了一套高负荷压气机叶型的损失评估模型,并建立了针对高负荷压气机设计参数合理化选取的低维分析方法。在此基础之上,分析了不同负荷水平的压气机基元级关键气动和叶型造型几何参数对基元级性能的影响。重点分析了在确定级负荷水平下,基元级进口预旋、反力度和叶片稠度选择对压气机效率和裕度的影响,并以此为依据初步确定了这些参数在高负荷压气机设计时的合理化选择区间。研究表明,对于超高负荷设计的压气机基元级,静子的设计难度更高,对压气机效率和稳定性的影响更为明显。     

叶片弯、掠对压气机端壁流动的影响

通过壁面静压测量、流场显示及气动探针测量研究了不同掠型叶片组成的平面扩压叶栅特性。结果表明,前掠 叶栅流道中横向压力梯度减弱,型面压力沿叶展呈反“C”型,有利于减弱角区低能流体堆积,但中径处损失有所增加; 弯掠叶片强化了上述趋势,其降低端部损失和延缓角区分离的能力更强,应从优化设计角度对其进行深入研究。     

叶片弯掠对风力机气动性能的影响

叶片形状的变化对叶片的气动性能有着显著的影响,采用合理的叶片形状可以有效地提高叶片的气动性能。本文采用带自由尾迹的升力面法,研究了风力机叶片的弯掠对风力机整体气动性能的影响。预测结果显示采用前后掠的叶片在一定程度上改变风力机的风能利用系数。使用后掠叶片使叶片在中后段部分所受升力小于前掠叶片上对应升力,而在叶片前端所受升力大于前掠叶片上对应升力,同时使用后掠叶片将在一定程度上增加风力机风能利用系数,而使用前掠叶片则减少风力机风能利用系数。采用上弯或下弯形式的叶片同样也会在一定程度上提高风力机的风能利用系数。     

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。     

轴向间距对涡轮激波结构及性能影响研究

采用CFD软件数值模拟了三种轴向间距下涡轮叶栅内部非定常流动,重点研究了轴向间距对涡轮激波结构及气动性能的影响。结果表明,轴向间距对涡轮气动性能尤其是叶排间激波结构产生重要影响。随着轴向间距减小,叶排间流动非定常性增强,激波强度及影响范围增加,对动叶负荷影响主要体现在动叶前端部分。