跨音轴流压气机转子叶尖喷气扩稳机理分析

对跨音压气机Rotor35进行了多通道全三维定常/非定常叶顶喷气数值模拟。数值计算所获得实壁机匣总性能与试验结果符合良好。计算表明使用3.6%转子堵塞流量的叶顶喷气量可以获得21.4%的扩稳效果。定常计算结果显示叶顶喷气重点影响0.9叶展以上区域,使得该区域进气攻角和扩散因子减小,从而降低叶顶载荷,减小了由激波和泄漏涡相互作用形成的通道堵塞。非定常计算结果显示,叶尖喷气的扩稳效果来自两方面:一是对某一叶片叶顶的卸载作用;二是对激波/泄漏涡干扰形成的低能区重新注入轴向动量。后者对通道流通的改善作用大于前者。非常高的喷射频率使得叶顶喷气能够抑制每个通道中低速区的进一步增长,从而实现了对压气机的扩稳。     

小型高速离心压气机级内部的三维流场分析

利用三维数值模拟技术对微型燃气轮机中的离心压气机部分进行了数值分析,得到了离心压气机设计转速下的级特性曲线和各通流部件中的流动情况。数值分析表明:设计转速下压气机的级特性非常陡峭;整个特性线范围内离心叶轮基本在亚音速情况下工作,而径向扩压器是在跨音速条件下工作,离心压气机整机的最大流量是由径向扩压器的喉部面积决定的;离心压气机级内部各通流部件之间流动的相互干扰是引起流动分离的重要原因,各通流部件之间流动的相互匹配和协调将决定了离心压气机整机的性能和稳定性。     

轴流压气机转子近叶尖流动的试验和数值研究之二:近失速工况流动特征分析

采用机匣壁动态压力测量技术对某高速亚音轴流压气机转子中转数可压条件下不同工况点叶尖流场进行了测量.在对近失速工况点试验测量结果进行详细分析的基础上,结合全通道非定常的数值模拟对试验观察到的流动现象进行了解释。结果表明:随着工况点向失速边界点推进,叶尖区出现的非定常流动现象(旋转不稳定性)增强,且该非定常流动现象的活动频率随流场的调整在一定带宽范围内变化;通过非定常数值模拟结果与试验测量结果的对比分析表明,叶尖通道中以一定周期活动的TSV的出现是旋转不稳定性流动现象出现的流体动力学机制。     

叶尖喷气影响失速起始型式的数值研究

以某叶尖失速型的轴流压气机转子为研究对象,开展了无叶尖喷气以及喷气量为1%边界流量情况的全通道非定常数值模拟。数值探针监测结果表明:不喷气时出现了与实验测量结果一致的突尖型失速,而喷气情况下出现的是模态型失速。对比叶尖喷气下不同工况点的瞬态流场发现:在喷气流影响的径向范围内,喷嘴右侧通道中间隙泄漏流和吸力面尾缘分离耦合作用形成的流动阻塞,随着流量的减小逆转子转动方向沿周向扩展;而喷气流影响的径向范围外,喷嘴左侧通道中吸力面尾缘分离形成的流动阻塞顺转子转动方向沿周向扩展。这种流动阻塞格局的发展演化是喷气情况下出现模态扰动的原因。     

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。     

轴流压气机失速初始扰动的研究进展

在失速主动控制思想的推动下,对轴流压气机失速初始扰动的研究一直是叶轮机械非定常流领域的热点问题之一,同时也是一个尚未认识清楚的难点问题. 本文从失速初始扰动的理论模型、实验研究和机理分析3个方面对轴流压气机失速初始扰动的研究进展进行了回顾.对目前失速初始扰动研究中的集中问题,如低速和高速环境下初始扰动的试验检测方法, 初始扰动类型,以及初始扰动出现的内在流体动力学机理等问题进行了总结. 在此基础上,讨论了叶尖区域的复杂流动特性和失速初始扰动的内在联系,并指出了失速初始扰动研究的发展趋势, 认为今后应进一步深化如下问题:初始扰动形式影响因素的系统研究, 高速压气机中初始扰动新形式研究,初始扰动产生的流体动力学物理机制及其与压气机的设计和运行参数之间的关联性研究.      

“空气分流器式”前置扰流器的设计及实验研究

实验研究了“空气分流器式”前置扰流器对单级轴流压气机转子性能的影响，对前置扰流器的几个关键结构尺寸-分流环前端间隙、分流环轴向前置量、稳定片倾斜角等进行了优化配置，得出了各主要结构参数对压气机稳定工作裕度及效率的影响，归纳了若干该型前置扰流器的设计准则，分析了“空气分流器式”前置扰流器的作用机理。     

轴流压气机机匣处理研究进展及评述

喘振和旋转失速裕度等稳定性问题是压气机设计者所关心的主要问题之一, 不稳定 流动大多数情况下都是从压气机端部区域开始的, 如果能够延迟端部区域的失速, 就能提高压气机的稳定工作范围. 在过去的30多年中,许多种型式的处理机匣结 构被用于改善端部区域流动, 提高压气机的稳定工作范围. 从机匣处理的实验 研究、理论分析和数值模拟3个方面对轴流压气机机匣处理的研究进行了回顾, 讨 论了处理机匣内部流动机理及其对轴流压气机性能和稳定性的影响, 并指出了机匣 处理研究的发展趋势.     

基于水滴型前缘修型的超高负荷低压涡轮流动调控机理研究

本文以某超高负荷低压涡轮叶栅(载荷系数Zweifel=1.57)为研究对象,借助经过实验数据校核的高精度数值方法,采用拉丁超立方分层抽样技术参数化探究了不同水滴型弧状前缘几何对端区流动损失的影响。在此基础上,明晰了前缘修型结构引入前后端区流动特征及流动损失变化机理,对比了叶栅端区涡系结构尺度。研究表明：优选水滴型弧状前缘修型结构削弱了前缘马蹄涡强度,重构了超高负荷低压涡轮叶栅的端区涡系结构,使得栅后总压损失系数降低4.11%。研究结果为超高负荷低压涡轮端区流动控制技术的发展提供了理论支撑。     

轴流压气机非轴对称机匣造型的研究

首次对一尖部失速型的亚音轴流压气机转子进行了非轴对称机匣造型的设计和研究.本文首先分析了压气机非轴对称机匣造型与已有的非轴对称端壁造型概念的异同点,进而对本文研究的转子给出了非轴对称机匣造型的实例,对流场进行了定常与非定常的数值模拟,着重研究了非轴对称造型机匣对转子整体性能和稳定裕度的影响,对造型面对叶顶流动的改变进行了动态的分析,总结了该类机匣设计的初步经验.通过对同转子上非轴对称机匣造型与实壁机匣,周向槽和轴向槽机匣的对比,可以得出结论:精细设计的非轴对称机匣有效利用了叶顶局部压差,以及造型面的流线化,实现了对叶顶流动的优化,在不损失压气机整体性能的条件下实现了一定程度的扩稳.其应用前景值得关注和深入的研究.