跨声速压气机突尖波型失速特征的数值研究

为了研究跨声速轴流压气机突尖波型失速先兆的表现形式及传播机制,对跨声速转子开展三维全周非定常数值研究。在转子周向不同位置处布置多个压力探针,获取了转子失速过程中压力信号的变化情况,对压力信号分别进行了时域、频域分析。结果表明,转子叶尖产生了典型的"前缘溢流"和"尾缘回流"的突尖波型失速先兆,近失速工况转子产生了两个失速团,并以65%转速沿周向传播,尾缘回流与叶尖泄漏涡相互作用产生一个龙卷风式的旋涡并向前缘移动在相邻叶片前缘溢出形成一个低压区。     

跨声速离心压气机机匣处理扩稳研究

高增压技术是高升功率车用内燃机的主要技术瓶颈之一,其核心难点在于高压比离心压气机内部复杂跨声速流动导致稳定运行范围窄,无法满足车用工况在高压比条件下对稳定运行工作范围的要求。为拓宽跨声速离心压气机的稳定工作范围,利用全三维数值模拟研究了机匣处理几何参数对扩稳的作用规律及机理。试验结果表明,采用优化后的机匣处理结构,压气机稳定工作范围由20.8%提高到33.6%。     

跨音压气机中非结构网格自适应的研究

跨音压气机中存在激波/边界层相互干涉、激波/叶尖泄漏涡相互干涉等复杂流动结构,为了实现高精度的数值模拟,精细的捕捉到激波以及叶尖泄漏涡附近的流动结构,从而探究其复杂的流动机理,本文发展了非结构网格自适应技术,其可以自动的加密关注流动特征附近的网格,从而实现对激波、叶尖泄漏涡及激波与其他流动现象相互作用的流动结构的精细捕捉。本文将网格自适应技术应用于RAE-2822翼型二维激波算例以及真实跨音速压气机Rotor-37算例的数值模拟中,计算结果表明网格自适应技术能自动的捕捉到激波、叶尖泄漏涡及其与其他流动现象相互干涉的精细流动结构。     

轴流压气机动叶端区的控制体分析方法及其在周向槽机匣处理中的应用

本文从实际应用角度出发,提出了一种基于三维数值模拟,作用于动叶端区的控制体分析方法,可用于初步筛选不同轴流压气机周向槽机匣方案.在对失速机理是主流/泄漏流交界面在前缘溢出的认识基础上,确定了以动叶端区轴向动量作为衡量不同周向槽方案对压气机稳定性影响的特征量.在转子动叶端区设置一系列离散控制体,依照叶顶流动的影响区域来确定控制体的覆盖范围.通过观察有槽和无槽结构控制体上累加的轴向动量的变化,以跨音转子的多槽为例,分析比较了不同周向槽方案的扩稳能力.另一例子是对低速压气机利用该方法筛选出具有最佳扩稳能力的双槽,并以实验研究验证了这一分析方法的可靠性和潜力.     

高压比离心压气机S_2流面跨音计算

一、前言 近年来在直升机及小型地面动力装置中广泛地采用了高压比离心压气机,因其在较高效率下可达到很高的级压比.但随着压比的提高,叶轮线速度增加,导风轮出现跨声流动.早期为了避免跨声导风轮设计困难,往往在设计时控制进口叶尖M数不大于1.目前已出现了一些叶尖M数在1.2左右,级压比在8以上的离心压气机.     

压气机转子叶尖泄漏的DDES研究

叶尖泄漏是压气机中的典型流动,但其机理仍没有完全揭示。本文使用延迟脱落涡模拟方法对压气机转子的泄漏涡进行模拟计算,以便更好了解泄漏流动的运动过程。为了清楚地认识叶尖泄漏的流动结构,本文研究了三维流线、压力和涡量云图。从近堵点到近失速点,泄漏涡形成和失稳的位置都向前缘移动。泄漏流的瞬时流动和平均流动存在差异,据其可将泄漏涡的发展分为3个阶段。另外,泄漏涡的失稳会导致频谱中泄漏主频右侧的高频区域振幅增加。     

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...     

跨声速轴流压气机转子叶片的掠形优化研究

本文通过对掠形叶片在跨声速压气机转子上的应用发展回顾,发现当前掠形叶片在叶轮机领域得到重视应用的同时,还存在掠形如何改善压气机性能的争议.为了探索掠形叶片对轴流压气机跨声速转子的性能影响,本文采用数值优化的方法对一个跨声速转子的性能进行了优化研究,结果证明:前掠叶片对压气机性能有较为明显的影响.     

DFVLR压气机转子中跨声速流动的两类流面准三元迭代解

本文依据三元流动的通用理论,完成了一个跨声速压气机转子流场的准三元迭代计算。计算表明,使用S_1跨声速正问题程序和S_2反问题程序的迭代方法是十分有效的。计算中一系列合理措施的采用,解决了迭代的收敛问题,收到了颇为满意的效果。文中的算例是西德具有详细内部流动测量数据的DFVLR跨声速转子的设计点工况,计算结果与实验值进行了比较。     

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。     

低反动度附面层抽吸式压气机及其内部流动控制

本文进一步分析了低反动度附面层抽吸式压气机概念,并讨论了该压气机的设计要点和应用范围;分析了抽吸掉的附面层内的低能高熵流体的可能利用途径,以及对于不同的利用方式,效率的评估方法;基于上述概念设计了一台亚声速低反动度附面层抽吸式压气机,详细地分析了该压气机的气动参数选取与分布特点,以及该压气机内部的三维分离流动及其控制规律.     

紊流跨声速绕流的数值模拟

本文采用Baldwin-Lomax代数紊流模型,利用LU-ADI方法数值模拟了跨声速范围内紊流绕二元翼型的流动特性。通过数值实验证明本文所使用的方法求解跨声速绕流问题是成功的,它能给出同实验吻合较好的数值解。     

离心压气机叶身/端壁融合技术应用初探

压气机负荷能力不断提升导致角区流动愈加复杂并易于分离,如何组织与控制角区流动已成为压气机负荷最大化设计过程中的一个关键问题。本文首先针对一高压比离心叶轮开展数值模拟校核工作,在对比分析的基础上,确定中心差分与SST湍流模型组合模拟性能较佳。而后对一跨声速离心压气机级原型进行了性能分析并分别施加常规工程倒圆和叶身/端壁融合(BBEW)技术修型,对比分析其对气动性能影响,发现常规工程倒圆会使叶轮性能恶化,而BBEW能在存在工程倒圆的基础上提升绝热效率近0.4个百分点。本文最后对各方案的流场细节进行了分析和对比.     

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。     

具有叶尖小翼的压气机叶栅间隙流动分析

采用数值模拟方法对利用不同安装方式叶尖小翼控制压气机叶栅间隙流动进行研究。结果表明,不同安装方式叶尖小翼都可以有效降低叶顶泄漏流速,削弱泄漏涡强度。叶尖小翼改变了叶尖负荷及泄漏涡运行轨迹,进而影响了叶尖流场不同涡系之间的相互作用。吸力面小翼削弱了泄漏涡,抑制了通道涡的发展,使得叶栅总损失降低。压力面小翼及组合小翼削弱了泄漏涡,但增强了通道涡及其与泄漏涡之间的相互作用,叶栅总损失增加。     

多级低反力度静子吸附式压气机气动设计

本文介绍了低反力度吸附式压气机的应用背景,并基于两种低反力度压气机设计理念初步设计了一台三级高负荷吸附式压气机。三维数值模拟结果显示,在叶尖切线速度为370m/s,整机通流效率不低于86%的条件下,多级吸附式压气机实现了6的总压比,进一步验证了低反力度设计理念在高负荷压气机设计中应用的可行性。通过详细分析设计点处一维、S2气动参数分布以及三维流场细节并兼顾抽吸方案的复杂程度,对初步设计方案进行总结分析,为进一步优化设计工作提供了参考依据。     

跨音速压气机转子叶表和端壁抽吸对比研究

以NASARotor35为研究对象,应用数值模拟手段深入分析了该转子在近失速工况的流动特征,针对其叶片吸力面附面层分离和上端壁处严重的二次流动,对比研究了叶表抽吸和上端壁抽吸对该转子流场结构以及气动性能的影响。计算结果表明：两种抽吸形式均使压气机的压比和效率有所提高。叶表抽吸可有效控制叶片通道激波,减小叶片吸力面的分离...     

多级低反动度高负荷轴流压气机及其内部流动机理研究

本文提出了亚音速多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念,并对其可行性进行了理论分析.应用此设计概念,结合附面层抽吸技术,将某11级轴流压气机改为7级,并对具有典型流动特征的末两级进行了详细的数值模拟.数值模拟结果表明多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念是可行的.     

轴流压气机势流和尾迹相互干涉叠加效应分析

尾迹与势流的相互作用对压气机叶片表面的压力波动强度和出口的轴向速度分布及波动会产生很大影响。针对两级跨声速轴流压气机,采用数值方法研究两排转子叶片周向相对位置不同情况下,叶片表面压力波动抵消区域位置发生的变化。研究结果表明:转子叶片周向位置的变化会对静子叶片尾迹形态产生影响,会导致叶片表面压力波动抵消区域发生变化。伴随转子叶片周向相对位置的变化,存在上游转子叶片尾迹减缓下游静子叶片尾迹衰减的现象,从而改变了叶片排之间的相互干涉强度,并使叶片表面压力波动强度发生变化。     

跨音压气机转子近失速工况叶尖非定常流动分析

对跨音压气机Rotor35进行单通道全三维定常/非定常数值模拟,并与试验总性能和流场分布对比校核了数值计算精度。以此为基础开展的近失速工况点的非定常计算发现,来自相邻叶片通道未形成泄漏涡的间隙泄漏流体与来流、激波与泄漏涡干涉形成的低能破碎区相互作用形成了叶尖二次涡。叶尖二次涡向下游运动过程中,其所处的位置和产生的阻塞影响了近叶顶载荷的分布,最终使得叶尖部流场出现了循环往复的自维持的非定常波动现象。