轴流压气机内部流动失稳及机匣处理扩稳机理探索

本文首先利用动态测试手段和非定常数值模拟手段探讨了亚音速条件下叶顶复杂流动机制触发轴流压气机内部流动失稳机制.然后利用全三维非定常数值模拟技术对二种不同处理机匣与亚音速压气机转子叶顶流场之间的耦合流动机制进行了详细的分析,对比分析了处理机匣引入前后压气机叶顶流场结构的变化,研究结果表明:顶部间隙泄漏流所导致的堆积在叶片通道相邻叶片压力面附近的阻塞是触发该压气机内部流动失稳的主要的机制,而处理机匣结构能够抑制或者吸除叶顶区域由于顶部间隙泄漏流导致的阻塞,推迟相邻叶片压力面前缘附近间隙泄漏流溢流的出现,从而提高压气机的失速裕度.     

跨音压气机机匣冷却流动控制方法研究

近年来轴流压气机非绝热效应逐渐得到学者们的关注,已有研究表明,采用冷却可以提高压气机整体性能。本文在跨音轴流压气机中针对壁面冷却机理进行探讨,并分别针对跨音转子Rotor 37以及某F级燃气轮机压气机首级模化1.5级实验台开展壁面冷却流动控制方法数值研究。在保证压气机相同进口流量时,在单排跨音转子Rotor 37动叶上游机匣处采用壁面冷却,能够有效减小当地音速及增大流速,从而增大叶顶区域激波前相对马赫数,进而增强激波,提高压气机在设计工况点的增压能力。进一步,在1.5级压气机中考察多排环境下壁面冷却作用,冷却分别应用于机匣及进口导叶上,研究结果表明,壁面冷却同样可以提高压气机气动性能。对比机匣冷却与进口导叶冷却两种方式,可知其机理不同,在跨音压气机中机匣冷却具有简便易行且效果显著的特点。     

非定常机匣处理扩稳实验研究

针对一种非定常处理机匣,在轴流风扇实验台上开展偏流吹气扩稳实验研究.主要包括t改善风扇稳定裕度的稳态特性;影响失速先兆波产生及发展的动态分析.结果表明:非定常机匣处理能够在不同工作转速下对风扇稳定裕度有显著效果,效率没有明显改变.偏流吹气可以进一步改善风扇稳定裕度,但同时也会带来一定的效率损失.动态分析证实处理机匣没有阻止失速先兆波的出现.而是有效地抑制了其非线性发展.     

基于周向单槽的低速轴流压气机扩稳方式研究

本文在低速单转子轴流压气机上对于周向单槽进行了实验研究。首先在叶片前后两端选取了两个单槽,在壁面不同弦向位置进行了动态静压信号的测量。通过静压信号的功率谱分析发现,前端单槽可以明显抑制泄漏流非定常波动所对应的频带,而后端单槽对该频带无明显改变。为了进一步讨论后端单槽的作用机理,又针对后端单槽设计了放气和引气两种扩稳结构,通过实验和数值模拟验证了其扩稳效果。结果表明,在后端单槽底部放气会降低扩稳效果,而在单槽底部放气后引回前缘进行喷气的结构可以进一步提升扩稳效果。     

基于正交试验的跨音压气机叶型和周向槽机匣处理参数化研究

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使单项试验指标最优和兼顾两项试验指标的各因素水平组合方案。通过对流场的分析表明,优化后的方案抑制了叶顶区域泄漏涡和激波相互作用所引起的低速区,缓解了叶顶区域的堵塞,使压气机的失速裕度提高.同时周向槽内的流动及其与主流的掺混造成叶顶区域流动损失增加,峰值效率降低。     

机匣处理若干问题探讨

本文在机匣处理设计中对关键级与危险截面、机匣处理与扩稳、弯槽与直斜槽进行了一些研究。发现各国对关键级与危险截面的判定不一。机匣处理的作用在于消除堵塞,提高叶排临界攻角,减小下一叶排近壁面攻角,扩大了压气机稳定工作范围。弯槽吸收了直斜槽和角向槽的长处,因而兼有显著的扩稳效果和较高的效率。     

电动离心压气机主动控制扩稳方法研究

为了适应车用宽工况范围需求,燃料电池离心压气机需具有宽的稳定流量范围,而喘振限制了离心压气机小流量工况工作的稳定性.针对燃料电池离心压气机为电动离心压气机的特点,本文提出了一种通过控制电机转速动态变化的主动控制扩稳方法.通过试验研究发现,相较于无主动控制的情况,采用主动控制使电机转速以正弦波形式主动变化时,可削弱失速、...     

高比转速离心压气机模型级叶轮内部三维流场分析与改进

利用三维数值模拟计算(CFD)技术和模型级与国外某 75 kW 燃气轮机压气机叶轮的内部流场进行了数值模拟,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布。完成的初步流场分析表明,尽管模型级有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,但叶轮设计仍有较多可改进之处。通过对计算结果进行的分析比较,得到了在离心压气机叶轮设计中有价值的初步性结果,为进一步的设计提供了改进途径和相应的基础数据。75 kW 燃气轮机的进气道型线经过优化改进后,总压恢复系数提高了 7.5％,并有进一步改进的余地。     

环形腔处理机匣对低速风扇性能和失速裕度的影响

本文从实验角度探讨一种新型带有环形腔的槽式处理机匣对风扇性能和失速裕度的影响。结果表明:处理机匣的槽向和槽与转子轴向重合度是影响风扇性能的两个主要参数,应用于本实验的低速风扇中,圆弧槽槽向与转子叶型方向相错,槽与转子轴向重合度为1/3的环形腔处理机匣对风扇失速裕度有明显提高,但效率略有下降。同时随环形腔腔体体积增大风扇裕度有明显振荡变化,进一步的规律值得深入探讨。     

轴向斜缝机匣处理与转子通道之间耦合流动分析

轴向斜缝机匣处理能够有效地扩大压气机的稳定工作范围,本文对轴向斜缝处理机匣与亚音速压气机转子通道之间的耦合流动进行了时间精确的全三维数值模拟,数值结果所获得的总性能与试验结果符合较好。详细分析了处理机匣与转子通道之间非定常干涉现象以及处理机匣结构引入后转子顶部区域不同的流场结构,数值计算结果表明,对具有高损失高阻塞效应的间隙泄漏流及其间隙泄漏涡的控制是轴向斜缝机匣处理扩大压气机稳定工作裕度的主要原因。     

用PIV技术测量跨音压气机转子内流的激波结构

在跨音压气机试验台上进行了用ＰＩＶ技术测量内流激波结构的试验研究。乙二醇微小液滴成功地被用作示踪粒子；自行设计制造的激光潜望镜成功地将双脉冲激光器发出的激光束导入机匣。用数字ＰＩＶ技术测量到的跨音压气机叶片流道内的二维瞬态绝对速度场分布被转化为相对速度分布，发现的激波结构测量结果与静压分布测量结果进行了比较，得到了比较满意的符合。本文讨论了目前试验装置和测量系统所存在的问题，提出了进一步工作的要求．     

带有涡流发生器的离心压气机内流动分析

本文采用数值计算方法对带有和不带有涡流发生器(Vortex Generator Jet,VGJ)的低速离心压气机叶轮内流动进行了数值模拟,分析了涡流发生器不同配置参数对压气机叶轮性能的影响,较为详细地揭示了叶轮内流动特性,数值计算结果证明了采用涡流发生器实现离心压气机叶轮内部流动控制的有效性.     

离心压气机叶尖间隙泄漏流动数值研究

采用离心压气机计算机辅助设计系统,设计了一个离心压气机叶轮,对这一叶轮在不同叶尖间隙下内部流场进行了数值计算。给出了不同弦长截面二次流矢量、二次流流以及机匣壁面极限流线等计算结果。结果表明叶尖间隙的大小与泄漏流动的强度密切相关。分流叶片的泄漏流动随着叶尖间隙的增大而增强。通道涡与合适的叶尖间隙所形成的泄漏涡相互作用可以削弱泄漏强度,改善流动。     

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对高速跨音压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发,探讨了旋转失速发生和发展过程中,流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．     

离心压气机内部非定常流场的数值模拟

应用NUMECA软件对跨声速离心压气机级动静叶相互干涉形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线,不同时刻不同流向位置截面上速度沿流道宽度方向分布的变化曲线.模拟结果表明压力场和速度场的非定常特性主要表现在叶轮出口、径向间隙以及整个扩压器内.压力面上的非定常现象较吸力面上显著.