离心压气机低稠度串列叶栅扩压器流场数值分析

1前言无叶扩压器有宽广的工作范围，但其压力恢复系数低；有叶扩压器可以得到较高的压力恢复系数，但工作范围会变小。低稠度叶栅扩压器取消了喉口，这样就解决了大流量时喉口堵塞问题。1981年文献山第一次提出了低稠度叶栅扩压器的概念，而后文献问以及文献门做了进一步的工作。文献间的实验证明使用串列低稠度叶栅使扩压器压力恢复系数比无叶扩压器在设计点提高15％，在低流量区提高40％，级效率在100～7O％流量范围内提高4O～IO％。为了进一步了解低稠度串列叶栅扩压器内部流场及其工作性能，掌握低稠度串列叶栅扩压器内部流场分析计算…     

叶栅内定常及非定常粘性流动数值模拟

本文给出了一个模拟叶栅内准三维定常和非定常粘性流动的数值方法。对于定常流动,采用ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式和代数湍流模型求解雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,使用当地时间步长和多网格技术使计算加速收敛到定常状态;对于非定常流动,使用双时间步长和全隐式离散,采用与求解定常流动相似的多网格方法求解隐式离散方程。文中给出了ＶＫＩ透平叶栅内的定常流结果和１．５级透平叶栅内的非定常数值结果。     

含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动矩阵解

基于六十年代提出的使用任意非正交曲线坐标和非正交速度分量的叶轮机械内部三元流动基本方程,本文提出一个求解含分流叶栅或串列叶栅的S_1流面上可压缩流动的方法.将广义儒可夫斯基条件同时应用于主叶栅与分流叶栅的尾缘以确定叶栅中的流最分配和出气角。整个流场是使用矩阵法求解流函数万程得出的。 这种方法可推广用于求解串列叶栅问题,含两个分流叶栅的S_1流面流动问题,以及含分流环的S_2流面问题。典型算例显示了本文方法的工程实用性。     

非定常尾迹控制叶栅分离研究

本文采用大涡模拟对某大转角叶栅的非定常分离流动及其在非定常尾迹作用下的分离控制机理进行了数值分析。主要捕捉了两个特征频率:分离泡不稳定频率f_shear和尾缘脱落涡频率f_shed,研究了不同的激励频率、尾迹移动方向、随机脉动等激励特征控制流动分离的效果。结果显示:特定外部频率强化了分离剪切层中的K-H展向涡结构,f_shed能同时影响分离区域和尾涡区域,f_shear只能作用于分离区域;尾迹从吸力面向压力面移动时,分离结构表现出对来流周期性更明显的响应;进口随机脉动对破坏K-H展向涡结构非常有效。     

非设计工况下叶栅分离流动的非定常特性

本文针对非设计工况下叶栅的分离流动进行研究。基于任意曲线坐标下的N-S方程,对不同攻角下单排叶栅的流动分离情况进行数值分析。计算结果表明,在零攻角和较小的负攻角情况下,流动基本呈现定常流动的特性。在正攻角情况下,特别是随着正攻角的加大,流动呈现明显的非定常流动特性,如大分离和涡的脱落现象等。     

非定常环境下叶栅性能的数值研究

本文采用数值方法对叶轮机基元非定常流和排间匹配进行深入研究。结果表明流动非定常性产生额外损失,滞回现象存在于叶轮机中。而考虑基元非定常流动的叶型设计和排间缘线匹配技术将是未来叶轮机非定常气动设计的核心。     

叶轮与叶片扩压器相干非定常流动的数值模拟

本文采用了不对粘性项作任何近似的时间倾斜算子,来处理转子和静子栅距不相等时的周期性边界条件施加时所出现的问题。对某一离心压缩机进行了非定常的数值模拟,并把其结果同实验测量数据和商用软件的结果进行了比较。结果表明两种非定常计算方法比定常计算结果更接近于实验测量值,定常的计算结果在某些测量平面上不能充足地预测出流场结构,本文所发展的时间倾斜算子的计算程序在总体上同实验测量结果吻合最好,应用其能很好地预测离心压缩机级的非定常流动。     

串列平板叶栅尾迹速度场的LDA实验研究

绕流叶栅的尾涡脱落是诱发水力机械振动噪声的重要因素。本文以串列布置平板叶栅为研究对象,进行雷诺数Re=5000与10000下的叶栅绕流尾迹速度场的LDA测量实验,分析不同雷诺数下绕叶栅流场速度分布,探究涡脱频率特性。实验结果表明:同一雷诺数下平板尾迹区中心线上速度分布可分为回流区、快速增长区、缓慢增长区三个区域;双平板绕流场中下游平板的存在明显抑制了上游平板尾迹的发展,与单平板模型相比回流区流向长度减小;雷诺数从5000增大到10000时,平板尾迹回流区的流向长度变小,但最低流速分布升高;下游平板的存在抑制了上游平板的涡脱,使其频率降低,上、下游平板涡脱频率一致。     

串列平板叶栅尾迹速度场的LDA实验研究

绕流叶栅的尾涡脱落是诱发水力机械振动噪声的重要因素。本文以串列布置平板叶栅为研究对象,进行雷诺数Re=5000与10000下的叶栅绕流尾迹速度场的LDA测量实验,分析不同雷诺数下绕叶栅流场速度分布,探究涡脱频率特性。实验结果表明:同一雷诺数下平板尾迹区中心线上速度分布可分为回流区、快速增长区、缓慢增长区三个区域;双平板绕流场,下游平板的存在明显抑制了上游平板尾迹的发展,与单平板模型比回流区流向长度减小;雷诺数从5000增大到10000时,平板尾迹回流区的流向长度变小,但最低流速分布升高;下游平板的存在抑制了上游平板的涡脱,使其频率降低,上、下游平板涡脱频率一致。     

SRNS方程求解叶栅流动的研究

为建立ＳＲＮＳ方程适用的数值计算方法，并使下游信息充分反馈到上游，本文对不可压ＳＲＮＳ方程提出了拟压缩性空间推进法，对压气机叶栅和透平叶栅的典型计算表明，该方法可准确而快速地模拟叶轮机械内部流场。     

变工况非定常叶栅绕流数值仿真

采用离散涡方法数值仿真了不同来流攻角下,固定与动边界叶栅绕流。在设计工况时流动接近定常流动。而变 工况时流动具有明显的非定常特征。特别是当攻角较大时,流场中存在着激烈分离,流动具有不稳定性。分离流动与旋涡 的分布息息相关。当来流角从20°到60°逐渐增大时,前驻点从背面经前缘点向腹面移动。固定叶栅与振动叶栅时的绕流 有明显的不同。振动叶栅绕流,流体决不是简单地随叶栅作同样的振动。     

涡轮叶栅流动分离涡模拟验证研究

本文采用DDES模型分析透平叶栅内部亚音速和跨音速流动。DDES模型能有效且较精确地计算亚音速流动,但计算跨音速流动时,出现修正函数f_d保护边界层功能失效的问题,极大地降低了计算精度;人为设定RANS和LES计算域,保证边界层完全被RANS计算域覆盖,计算结果得到很大改善。     

扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。     

透平叶栅跨音速粘性流动特性的研究

利用全隐式时间推进有限差分计算方法和作者所建立的三区域湍流代数涡旋粘性模型在叶栅中求解了完全的Navier-Stokes方程。用编制的计算机程序QHVIS2D试算了四套透平叶栅共十四个工况(包括大攻角来流及有分离流动)。计算结果与实验值进行了多项指标的详细比较,吻合良好。     

叶栅粘性流动的反问题解

一、前言 随着粘性流动计算方法的发展,与叶栅正问题解法一样,叶栅的反问题解法也存在一个如何考虑粘性影响的问题。在粘性流动的正问题解法中,国内外通常采用的有两种方法,一种是全流场求解Navier-Stokes方程,另一种是无粘主流区和边界层的相互迭代。由于直至今日尚未有一种完善的湍流模型,所以在目前阶段似乎还是后者比前者更适合     

非定常流动的隐式间断Galerkin方法研究

为了增加间断Galerkin(Discontinuous Galerkin,DG)方法在非定常流动中的求解效率,本文开展了非定常流动的隐式DG方法研究。隐式DG方法的构造采用二阶向后差分格式(BDF2)进行时间项离散,非线性代数系统的求解基于Newton迭代法,采用块对称Gauss-Seidel(SGS)迭代法对线性方程组进行了求解。基于所发展的非定常流动的隐式DG方法,分别对等熵圆柱扰流和卡门涡街(Re=100)现象进行了数值模拟。研究结果表明,所发展的隐式DG方法能够达到设计精度,能够在高出显式方法两个数量级的时间步长上保持稳定,具有高的求解效率,且计算结果与显式方法和相关文献均吻合较好。     

非定常激励抑制轴流叶栅分离的数值分析

本文对大转角压气机叶栅大攻角工况在来流尾迹非定常激励作用下的时空结构进行了数值分析.合理的非定常激励明显提升了叶栅的时均性能,与激励频率对应的涡结构得到强化,其它频率的杂涡被卷吸,无序的吸力面分离流结构变得有序.文中分析了周期性来流尾迹控制分离结构的作用机理,波涡共振促进涡的卷起和配对;湍动能强化动量交换.基于此,比较了两种来流尾迹模式下分离结构对来流周期性的响应问题.另外,针对管道风扇引起的远场噪声,在来流尾迹非定常激励作用下对其降低的可能性进行了设想.     

基于本征正交分解的串列叶栅多目标气动优化研究

为提高压气机串列叶栅复杂气动构型优化设计的效率,本文基于本征正交分解(POD)理论,建立了集几何外形参数化、样本空间降维、气动性能求解、降维模型构建和遗传算法寻优于一体的串列叶栅高效优化设计系统,针对叶型型面和叶片相对位置关系参数,开展了多目标优化设计工作。在7°攻角工况下,优化后的串列叶栅的静压升提高了0.53%,总压损失系数下降了9.25%,其他攻角条件下叶栅性能同样也得到了改善。与传统CFD方法相比,极大提高了优化效率,与基于Kriging代理模型相比,本文发展的优化系统由于缩小了设计变量空间,提高了优化的迭代效率,收敛耗时仅为Kriging代理模型的0.0796%。此外,基于POD方法的优化设计系统具有更高的建模精度,使串列叶栅获得了更高的静压升和更低的总压损失系数。优化后的串列叶栅节距系数增大、弯角比减小,减小了掺混损失,抑制了流动分离,改善了全攻角范围内的气动性能。     

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%.     

扩压叶栅中端部流动的实验研究

本文介绍了扩压叶栅中端部流动的实验研究结果。给出了叶栅出口截面端壁附近的二次流速度、主流速度、全压及气流转折角的测量结果。作者认为,在压气机静叶栅中采用内围带时,必须考虑到围带对叶栅气动特性的影响。