近失速状态轴流压气机转子内尖区三维流动结构

用激光测速系统测量了低速大尺寸单级压气机近失速状态转子内尖区三维流场。结果表明泄漏流在转子进口开始产生,泄漏涡约在１０％弦长最强,并迅速向压力面和低叶高方向移动,沿程造成高紊流和高阻滞。叶尖吸力面附面层发生分离,迫使角区低能物质和旋涡在下游逐渐向通道中部移动,造成转子出口尖部通道中部大面积流动阻塞和紊流脉动。角区旋涡及泄漏涡影响区域紊流强度较高,其中径向分量最高,远大于轴向和切向分量。前缘马蹄涡压力面分支存在于转子进口叶尖压力面角区,并迅速向低叶高和通道中部移动,约在２０％弦长和泄漏涡交汇。     

压气机转子三维紊流流场

在低速大尺寸压气机试验台上，用单斜热丝、高频压力探针及由旋转四坐标全电动探针位移机构带动的五孔气动探针，测量了单级压气机转子出口和单转子压气机叶片通道尖区在不同流量状态下三维平均和亲流流场。设计状态，叶尖泄漏涡的发展及其与端壁附面层的交混决定了尖区的流动特性。小流量状态，叶片吸力面附面层增厚，近失速状态尖部吸力面附面层发生分离，吸力而附面层内径向潜移强烈，叶尖吸力面角区产生大范围强旋涡，角区部分低能流体移向叶尖通道中部，与端壁附面层、泄漏涡、刮削涡及主流发生交混．     

单转子压气机设计状态和近失速状态出口三维紊流流场

用单斜丝详细测量了单转子压气机设计状态和近失速状态转子出口的三维素流流场。结果表明，设计状态叶尖泄漏涡和端壁附面层的掺混是造成尖部流动损失、气流阻塞和亲流脉动的主要原因。近失速状态流动三维性和非定常性较强；尖部吸力面角区轴向速度最低、相对动能损失最大；吸力面附面层径向潜移、叶尖吸力面角区低能团周向潜移及其输运的低能物质在尖部通道中部与叶尖泄漏流、泄漏涡、刮削涡发生掺混，造成尖部大范围的高损失区；根部和尖部吸力面阻面层局部发生分离。     

用信号分析技术研究转子尾迹

本文讨论如何用数字统计函数定量地研究转子速度尾迹,建立转子基元级工作状况与尾迹的关系,通过功谱图可以定量地分析出干扰源的频率及其强度;从相关图上可以得到τ=0时的相关值R_x(0),即尾迹的总功率,它包括叶片通过频率和全部非稳定工作引起的噪音与损失。叶片通过频率幅值最大、尾迹总功率最小的状态是压气机最佳工作状态,各基元级非稳定工作状态的发生和发展反映在尾迹总功率变化规律上,可以用它确定最先发生失速的基元。由转子尾迹特征参数和紊流度可以求出旋转叶栅损失,为修改设计提供参考依据。     

跨音速轴流压气机叶顶间隙泄漏流对微喷气的非定常响应机制和扩稳效果研究

本文将叶顶微喷气方法应用于 NASA Rotor37 跨音速轴流压气机转子,在近失速工况,利用数值模拟方法研究了不同喷气量时叶顶间隙泄漏流对微喷气的非定常响应机理和叶顶微喷气的扩稳效果.结果表明,喷气使得叶顶区域的叶表压力随喷嘴与叶片相对位置的变化沿弦向发生波动,抑制了叶顶泄漏流的自激非定常波动,使叶顶泄漏流轨迹沿叶片吸力面向下游移动,实现了提高压气机性能和稳定性的目的.采用喷射气流的无量纲总动量可关联亚音速和跨音速轴流压气机不同喷气方案的扩稳效果,该无量纲总动量与来流总动量和喷射气流高度成反比,而与叶高和喷射气流总动量成正比.     

轴流压气机转子尖区三维紊流特性

用三维激光多普勒测速系统测量研究了低速大尺寸单级压气机设计状态转子内尖区三维紊流流场．结果表明,设计状态下叶尖泄漏涡是造成压气机转子尖部素流脉动的主要因素,其造成的高素流区沿流向逐渐扩大,并缓慢向通道中部和低叶高方向移动,紊流强度值随旋涡的增强而增大．在泄漏涡影响区域中,径向脉动水平最高,轴向和切向脉动水平相近,三个剪切应力中,轴向一径向最大,切向一径向次之,轴向一切向最小．在叶片通道后段,泄漏涡发生破裂,导致更强、更大范围的紊流脉动,剪切应力中切向-径向应力较高．在叶尖吸力面角区后半部的角涡,紊流强度大,剪切应力也大,尤其是切向-径向剪切应力．     

压气机转子叶尖泄漏涡的SPIV测量研究

在低速大尺寸单级压气机实验台上,利用SPIV技术测量了设计状态和近失速状态下压气机转子尖区多个截面的 三维瞬态速度场。基于瞬态场测量结果,详细分析了设计状态和近失速状态下压气机转子叶尖泄漏涡产生、发展、失稳、 破碎的演化过程。     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

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。     

静叶轮毂间隙对高负荷压气机性能的影响研究

静叶轮毂间隙的改变显著影响轴流压气机的气动性能。本文以某1.5级高负荷轴流压气机为研究对象,采用经过校核的三维稳态数值模拟方法探究静子轮毂间隙大小和尾缘间隙长度对其气动性能的影响。研究发现:原型压气机在近失速工况点,静子近轮毂区域吸力面发生流动分离,导致流动堵塞,引发压气机失速。随着轮毂间隙的增加,压气机的失速裕度先迅速增加后缓慢减小,峰值效率下降。在峰值效率工况点,原型静子近轮毂区域的流动整体良好,吸力面分离较小,轮毂间隙反而使得泄漏流增多,泄漏损失增加。而尾缘间隙相比于轮毂间隙,其对压气机的峰值效率恶化较小。随着尾缘间隙长度的增加,轮毂泄漏流增多,有效抑制了静子吸力面附近低能流体的堆积,改善了近轮毂区域的流场,提升了压气机的失速裕度。     

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。     

用SPIV技术测量压气机转子尖区复杂流动

本文将数字式SPIV技术应用到低速大尺寸压气机实验台上,并在设计状态和近失速状态下,对转子槽道内叶尖区域多个截面内的三维瞬态速度场进行了成功测量。测量结果表明SPIV透过机匣视窗及即可直接测量旋涡和二次流的瞬态结构,而且能够解决多级压气机内部流场的测量.在压气机SPIV测量中,激光反光的控制和示踪粒子的均匀稳定散播是决定成败的关键因素。     

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。     

梯状间隙结构对轴流压气机影响的试验与数值模拟

采用试验和数值模拟的方法研究了梯状间隙结构对轴流压气机转子性能以及内部流动的影响,在某单级轴流压气机试验台上,在5059r／min和8130r／min两个换算转速下分别对三种不同的机匣结构进行了详细的试验测试,结果表明:与具有设计间隙的实壁机匣结构相比,两个转速下梯状间隙结构的引入能够在扩大压气机的稳定工作裕度的同时使得压气机所有流量工况下的压比和效率均有一定程度的改善;对具有梯状间隙的压气机转子内部流场进行了详细的数值模拟,揭示阶梯状间隙结构内部流动机理。     

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AS-PAC,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...