动叶尾迹对跨声速压气机静叶非定常分离结构的影响研究

采用数值模拟的方法研究了动叶尾迹对跨声速压气机设计工况下静叶表面和下端壁分离结构的非定常影响规律。首先,采用Rotor37的实验结果验证了数值模拟方法的可靠性。通过对跨声速压气机设计工况的计算,认为定常计算和非定常计算的结果整体上是相似的,非定常计算考虑了动叶尾迹对静叶流场的影响。研究表明,动叶尾迹在向下游输运过程中经历了拉伸、扭曲、积聚和耗散的过程。动叶尾迹使动静叶交界面气流角发生周期性波动。动叶尾迹的扫掠,使静叶前缘闭式分离区域范围发生先增大后减小的周期性波动,使静叶尾缘分离形式呈现由闭式分离向开式分离的周期性转化。动叶尾迹的扫掠在马蹄涡吸力面分支前诱导出一个小尺度的旋涡,并使得静叶根部尾缘和下端壁角区处的螺旋点拓扑结构呈周期性变化。动叶尾迹的扫掠使得静叶压力面的局部高静压区发生周期性的迁移。     

凹槽叶顶非定常间隙泄漏流动和传热的数值研究

应用数值方法研究了燃气透平中凹槽状叶顶非定常泄漏流动和传热问题.计算采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶,叶顶间隙高度取1%叶高,叶顶凹槽深度取2%叶高.通过施加非定常边界条件模拟上游静叶尾迹,分析了非定常流动对动叶叶顶传热的影响.结果表明,叶顶附近的流场波动主要出现在叶顶前部及尾缘附近.叶顶凹槽底部传热系数变化主要出现在凹槽前部.定常计算获得的叶顶面积平均传热系数与非定常计算的时均结果相差很小.     

多级压气机非定常流场数值分析

通过双时间步求解三维非定常N-S方程,获取多级压气机内部非定常流场细节,为深刻认识多级、逆压环境下叶轮机内部非定常流动特征,进而提高其性能提供有益参考,分析结果表明:动/静叶排相干对下游静子叶片表面压力分布影响随着半径增大而增大;当上游尾迹输运至下游叶片通道时,低能量气流团将会充分与主流掺混,可能导致损失增加,当上游尾迹区域输运至下游静子前缘时,对应的叶栅通道低马赫数区域相对较小;由于下游静子叶片的位势作用,其对上游转子叶片尾缘流动结构产生较大影响,随着流面半径增大,下游叶片对上游流场的位势作用愈明显,非定常分离流动形式差别愈大.     

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。     

某1+1对转涡轮的气动设计及其流动特性的初步分析

本文对某1+1对转涡轮的气动设计进行了研究,并利用三维计算程序对其流场进行了定常和非定常的数值模拟。研究结果表明,对转涡轮中低压导叶安装角的选取要大于常规涡轮。在低压静子中,1+1对转涡轮与常规涡轮有着不同的尾迹输运方式:高压转子的尾迹被低压导叶切断之后进入通道中,且具有从吸力面前移压力面的趋势。数值结果还表明,非定常下的低压级性能与定常下有显著的不同。     

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.     

缘线匹配对非定常流动影响初探

为深化缘线匹配对叶轮机非定常流动影响的认识,本文以关注尾迹撞击叶表展向轨迹为出发点,围绕缘线匹配对叶轮机非定常流动及性能影响进行了初步数值探索.研究表明:不同缘线匹配时叶片整体性能参数具有不同的脉动水平;给定缘线匹配下,整体性能参数脉动幅值随工况几乎不变或变化很缓;在设计点为达到降低某种脉动目的而实施的缘线匹配在非设计点同样有效;尽管微弱,数值模拟中还发现缘线匹配对上游尾迹随流掺混产生影响;缘线匹配严重影响时均相关项量值水平,尤其在叶尖、叶根和前缘附近.     

压气机悬臂静叶流场非定常数值模拟

以现代高压压气机一排悬臂静叶与一排转叶组成的典型级为研究对象,采用非定常数值模拟方法,分析了非定常与定常数值模拟计算得出的级特性线以及峰值效率点气动参数在展向分布的差异,并对悬臂静叶内部流场结构进行了详细分析,结果表明:当悬臂静叶的轮毂设计间隙为2.5%叶高时,非定常计算的综合喘振裕度比定常大5.85%;在峰值效率点工况下,悬臂静叶总压损失和转子效率的非定常影响范围在10%以内,转叶进口相对气流角沿展向分布的影响在0.5°以内。悬臂静叶根部10%叶高以下区域出现了明显的泄漏流动,3.4%叶高压力系数变化最大,轮毂泄漏流起始于20%弦长附近,发展到70%弦长位置时泄漏损失最大,随后逐渐减弱.     

1+1对转涡轮1.5级时序效应数值研究

本文针对1+1对转涡轮1.5级不同时序位置进行了非定常数值计算,结果表明,通过改变低压级导叶时序位置,1+1对转涡轮1.5级在较差时序位置仍可获得较高时均效率。在分析涡轮内部流场时,首先,发现1+1对转涡轮高压级动叶的尾迹在低压级导叶内的演变规律与常规涡轮(拉伸、剪切、扭转最后聚集成一团)有所不同,尾迹一般呈现由细渐粗的线状分布特征,该特征有利于涡轮时均效率的提高;其次,发现尾迹与二次流两类低能流体迁移规律的不同导致时均效率随时序位置变化出现双峰值现象;最后,发现改变时序位置时,低能流体对下游导叶前25%轴向弦长叶表非定常力有所影响,且低能流体越强非定常力变化越大,后75%轴向弦长叶表非定常力基本不受时序位置影响。     

非定常叶顶间隙泄漏流动和换热的数值研究

通过数值方法研究了带叶顶间隙的某一级半透平中的非定常流动和换热问题.数值模拟采用标准k-ω两方程湍流模型,求解非定常雷诺平均N-S方程.动叶顶部间隙取为0.4 mm.分析了动静干涉对动叶顶部间隙内泄漏流动与换热的影响.结果表明,周期性通过的上游静叶尾迹和通道涡足动叶通道中非定常现象的主要来源.流场的波动主要存在于叶顶吸力面侧中间弦长附近.叶顶换热系数波动主要存在于两个位置,一是叶顶吸力面侧,一是叶顶主泄漏通道.叶顶表面面积平均传热系数非定常计算的时均结果与定常计算获得的结果偏差小于2%.