180°进气弯管安装角度对离心压气机的性能影响

针对车用涡轮增压器压气机进口广泛采用弯管的现实,有必要评估弯管导流进气对离心压气机性能的影响,为发动机进气管道的优化提供参考。本文对离心压气机进口接入直管和多种不同安装角度的180°弯管展开实验和数值研究。研究结果表明:弯管进气使压气机性能下降,其性能下降程度与弯管的周向安装位置有关,而且这种影响随流量增加而增大;叶轮进口的流场结构受进气管道导流、叶轮势流和下游蜗壳周向不对称性共同作用,其对应的总压畸变形态改变了叶轮进气条件,导致压气机性能不同程度下降。     

离心压气机级间压力测试研究

为获得离心压气机各元件静压分布,苇点开展了跨音速离心压气机级间静压测试研究,研究结果表明:(1)蜗舌未造成导风轮进口静压分布周向不均匀;(2)蜗舌导致了短叶片轮缘静压分布的周向不均匀性;(3)同一转速,跨音速高效工况周向静压分布并不均匀;(4)跨音速时,蜗壳沿流动方向总是减速扩压;(5)相同转速,扩压器静压提升变化很小(约3kPa),而叶轮静压提升变化很大(约13～50 kPa),叶轮静压提升的改变决定着特性线的陡峭程度。     

蜗壳进口周向非均匀流动的数值研究

本文提出一种考虑进口非均匀流动的蜗壳流场计算方法。该方法通过叶轮出口边界与蜗壳进口边界上静压分布的迭代计算,并逐步修正蜗壳入口气流方向模拟叶轮与蜗壳内流场的相互作用。通过计算结果表明:该方法计算量小,且能获得一定程度的蜗壳进口非均匀流动。     

叶片开缝的离心风机流场研究

本文提出在离心叶轮轮盖与叶片之间开缝,使得叶片压力面侧的高压气体射流到吸力面侧的低速尾迹区,从而直接给叶轮内的低速流体提供能量,减弱了叶轮内由于二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮积灰问题.对某离心风机整机的数值模拟表明,在设计流量和小流量情况下,叶轮开缝后使叶片表面分离区域减小,整个流道速度分布更为均匀,改善了叶轮内部流场的流动状况,提高了离心叶轮性能和整机性能.研究表明,本方法对于提高离心式流体机械性能是有效的.     

离心泵非设计工况内部流动特性研究

以单级蜗壳式离心泵为研究对象,基于RANS进行了全流场的非定常数值计算,探讨了叶轮的非定常流动特征,重点分析了叶轮出口沿轴向变化的圆周面流域内各节点的压力分布特性。结果表明:在叶片压力面及叶片后缘尾迹区发生了剧烈的湍流脉动现象;不同工况下叶轮出口圆周方向的压力系数C_p均在隔舌附近产生极值;额定工况Q/Q_N=1时,叶轮出口圆周方向的压力系数C_p呈稳定周期性分布,随着工况的改变,压力系数C_p沿蜗壳周向分布不均匀性增加;小流量工况下叶轮流域内发生了明显的流动分离现象,流道内产生了较大尺度的分离涡,破坏了叶轮出口圆周方向压力系数C_p的周期性分布特性;叶轮出口圆周压力系数C_p沿中截面两侧的流域内几乎对称分布;在Q/Q_N=0.2小流量工况下,压力脉动频谱图低频段内出现了较多复杂的激励信号,认为这与流域内的分离涡结构具有一定关联。     

开式和闭式离心泵进口回流的研究

利用毕托管对闭式和开式不同叶顶间隙的离心泵叶轮进口流场进行了动态测试，另外对开式叶轮吸入盖上的静压分布也进行了动态测试，并对叶轮流道内流场进行了可视化观察，弄清了小流量工况下叶片间的回流分布情况及上述不同叶轮对回流发生的影响及其原因。     

使用确定应力模型研究离心压气机叶片相互作用

离心压气机叶轮和扩压器叶片间空隙很小,在无叶区和半有叶区的流动非定常特性十分明显。特别是离心叶轮出口通常的射流／尾迹流动使得有叶扩压器进口在时间、空间两个尺度上都存在十分强烈的不均匀性。叶轮和扩压器叶片间的相互作用,历来都被认为是影响离心压气机效率和稳定工作范围的重要因素。本文引入确定应力模型和改进的计算域延伸方法,计算了Ｋｒａｉｎ离心压气机组的流场,着重分析了叶轮出口无叶区、半无叶区等叶片间相互作用最强烈的区域的复杂流动现象。     

叶片数及分流叶片位置对压气机性能的影响

应用三维粘性计算程序对存在叶顶间隙泄漏时带分流叶片的离心压气机内部流动进行了数值模拟,重点分析了叶片数及分流叶片处于不同位置对压气机级内三维粘性流场及级性能的影响。计算中采用中心差分格式结合B-L代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N—S方程。计算结果表明:叶片数增加,叶轮进口阻塞增加,压气机性能下降,但可有效降低叶轮单个叶片的载荷。分流叶片位于不同位置时,应用IBSA叶轮的压气机效率最高,压气机性能最好。     

扩压器叶片前缘开槽结构对高负荷离心压气机性能影响研究

离心压气机在小流量工况下,扩压器叶片进口气流为正攻角,其吸力面产生流动分离,恶化压气机性能从而诱发失速。为改善近失速点扩压器内部的流场,拓宽离心压气机的稳定工作范围,本文对扩压器叶片前缘进行开槽处理,采用经过校核的RANS方法探究不同开槽结构对高负荷离心压气机的性能影响及内部流动机理。研究发现:近失速点原型扩压器的压力面和吸力面两侧同时存在大范围的流动分离,本文研究的直槽和斜劈型2种开槽结构均能有效地抑制扩压器通道内的流动分离并提高压气机的失速裕度。但随着开槽深度和长度的增加,斜劈型开槽结构会恶化扩压器通道内的流场,致使压气机性能急剧降低。     

高负荷局部进气涡轮内部流场不均匀性数值研究

以高负荷局部进气涡轮为研究对象,对其进行了数值研究,并着重对该局部进气涡轮内部流场不均匀性进行了分析。结果表明:局部进气涡轮内部流场的流动情况十分复杂,局部进气堵塞段的存在,使其后面对应的动叶栅进出口速度矢量偏向周向,导致该区域叶片流道内形成了大尺度的旋涡结构,降低了流道的通流能力,增大了该区域的损失水平;各级动叶进出口静压沿周向分布极不均匀,从第一级动叶入口至第二级动叶出口,静压周向不均匀性参数分别为:1.5593、1.0179、0.9163和0.1551,不均匀性沿轴向逐渐衰减;处于不同周向位置的叶片表面压力分布差异明显,直接影响了动叶的做功能力。     

叶片数和分流叶片长度对压气机性能的影响研究

以某型离心式压气机为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行数值模拟。在分析内部流场的基础上,探究叶片数和分流叶片长度对离心式压气机性能的影响。结果显示,叶片数过多会使叶轮流动摩擦损失增加,从而降低等熵效率。叶片数过少,容易造成叶片载荷增加,从而缩短叶轮寿命。分流叶片过长或者过短均会使叶轮流场分布不均匀,从而使其等熵效率降低。最终得出结论:叶轮的最佳叶片数为7对叶片,叶轮最佳分流叶片长度为长叶片的0.813倍,此时,压气机增压比为3.81,等熵效率为66.82%。     

SCO2离心压气机非定常凝结特性及DMD分析

本文采用雷诺平均Navier-Stoke方程对离心压气机进行了非定常数值模拟,获得了叶轮内凝结的非定常演化过程。结果表明,受蜗壳非对称结构影响,在一个叶轮旋转周期内叶片前缘压力面凝结区出现了三角形分布。与叶顶间隙内凝结相关的高能量比模态主要有：平均流动模态、与叶频(BPF)相关的三种模态(0.5BPF, 1.0BPF, 1.5BPF)。低静压条带LP1引起了这四种模态的局部扰动,模态扰动区与凝结区位置对应,进而从流场结构表明低静压条带LP1对叶顶间隙内凝结的影响。     

多翼离心风机的三维数值分析

本文对一前弯多翼离心风机的内流场进行了三维数值分析。结果显示蜗壳内部的最大压力沿着轴线方向分布在不同的圆周位置,叶轮内部蜗舌上游区域存在着进口旋涡,蜗舌附近存在着明显的从叶片出口到进口的逆向回流,蜗舌间隙中存在着间隙涡,本文同时给出了一些典型位置上的速度和静压沿轴向的分布曲线,为验证本计算方法的可靠性,计算的流量和压力特性曲线和实验结果进行了比较,吻合良好。     

积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响

建立表征离心压气机叶轮积垢分布的粗糙度模型,在叶片表面生成三维、非均匀分布的粗糙带,数值研究干净和积垢状态下叶轮的气动性能和内部流场,并通过敏感性分析,找到对叶轮气动性能影响最大的积垢区域。结果表明:积垢叶轮的多变效率和总压比较干净叶轮均有显著下降;随着流量增大,性能衰减愈发明显;离心压气机叶片前缘靠近叶顶部位为气动性能对积垢的最敏感区域.研究工作为离心压气机的鲁棒设计优化奠定了理论基础。     

离心压气机叶轮内部流动的数值研究:分流叶片的作用

本文对一台单级压比为4/1的离心压气机叶轮内部流动,进行了数值模拟的研究。计算方法基于Jameson格式,湍流模型选择Baldwin-Lomax模型。计算结果为分析叶轮流道内二次流的形成与发展,提供了详细的流动结构。通过对不同通流截面速度分布的比较,发现分流叶片可以延缓横向二次流的发展,降低叶片吸力面扩压程度,减小叶轮出口尾迹的强度与范围,对提高叶轮效率起到决定性的作用。     

压气机级间尾迹非定常流动的分析与利用途径探索

在真实轴流压气机中,上游静子叶排尾迹经由静止/旋转两套坐标系转换,对下游转子叶排流场进口气流产生准周期性扰动.对尾迹干扰下的转子非定常流场进行数值模拟,与传统设计定常流动假设下均匀进气的流场对比分析了尾迹干扰的影响.结果表明,在适当条件下,上游静子叶排尾迹运动对下游转子分离流旋涡运动能够产生有益的影响,改善叶背分离旋涡运动与转子叶片静压分布,提高转子流动效率与压比.     

基于非线性谐波法的离心压气机确定应力场分析

本文采用非线性谐波法与定常计算方法,对离心压气机的内部流场进行了数值模拟,对比了时均流场与定常流场的差别,研究了离心压气机确定应力分布的特点。结果表明,采用非线性谐波方法所得到的压气机内部流场宏观结构与定常结果基本一致,但流场参数分布细节存在较明显差别,且这种差别与对应的确定应力场的分布特征吻合,验证了确定应力是引起时均流场与定常流场差别的原因。对确定应力的分布特征分析表明,离心压气机内确定应力在流向上呈现为从叶轮出口向上下游逐渐递减的趋势,在叶高方向上表现为从叶根到叶顶逐渐递增趋势;且在整体上,确定应力的空间不均匀特性在叶轮出口处最为强烈,表明离心压气机内部最强非定常效应同样位于叶轮出口。     

离心压气机回流槽改型拓稳研究

采用CFD方法,对带进气回流的离心压气机进行了仿真研究,并根据试验进行了验证。为了拓宽离心压气机的稳定工作范围,根据原型机流场,改变了回流槽的几何,仿真结果表明改型能有效拓宽离心压气机的运行范围,且不明显改变压气机效率和压比.流场分析表明,改型增添的导流段对气流的导流作用引起回流槽前槽出口气流方向变化后,叶轮靠近叶顶部位轴向速度增大,叶轮前缘相对气流角降低,叶轮槽道靠近叶顶部位子午速度增加,槽道堵塞情况减轻,流动更为顺畅,是改型拓稳的原因。在80 kr·min~(-1)下,回流量增大,引起后槽下游轴向逆流区域扩张,叶轮吸力面分离流动加剧,是拓稳轻微失效的原因.改型机和原型机几何形状差异小,属于一种简易而有效的拓稳方案。     

蜗壳非轴对称性对离心压缩机内部非定常流动影响的数值研究

本文采用非定常数值模拟方法研究了蜗壳几何非轴对称性对离心压缩机内部非定常流场的影响。结果表明:流场的非定常波动主要受叶轮影响。远离蜗壳设计工况时,蜗壳非对称性的影响可传播至叶轮主叶片前缘。蜗壳非对称性对扩压器叶片压力面瞬时压力的影响在小流量和设计流量工况下主要体现叶轮主叶片与分流叶片通过频率的影响,而在大流量工况下叶轮主轴旋转频率也占一定比重。叶轮主叶片压力面的非定常压力波动主要受叶轮主轴旋转频率及其倍频与扩压器叶片通过频率及其倍频的影响。     

离心泵叶轮参数对进口回流的影响

本文对不同叶片进口角、叶片数、不同叶顶间隙的开式和闭式离心叶轮共12种叶轮的进口流场和回流发生情况进行了探针的动态测试和可视化观察．弄清了上述叶轮参数对进口回流初始流量和进口流场的影响．