考虑二次流影响的压气机流动分析计算

忽略通道二次流动的常规设计体系,过去在大展弦比、长叶片的轴流叶轮机械上的应用是成功的,但是在近代小展弦比航空轴流压气机中,由于环壁附面层和二次流在环形通道中所占的比例大大增加,致使气流在径向因扩散与对流效应而出现了显著的掺混现象,这时,通过叶排的气流转折角严重偏离按二维叶栅理论计算出来的值。因此运用常规设计体系计算的气流参数分布,将与实际流动状况有很大差别。为此,在建立新的设计方法     

叶轮S2流面气动半反问题通用解法的改进

经典S2流面方程在应用中,需要根据计算对象是轴流或径流式叶轮,选择求解的主方程,以避免求解中出现不稳定.本文建立了S2流面半反问题的通用方程,能够直接适合多种形式的叶轮.其次,建立S2流面的环量分布方程,使得在设计环量约束条件下,同时满足了库塔条件,而且环量的空间分布更加光滑连续.第三,提出了S2流面生成的方程,达到了S2流面的光滑性及其与流动的一致性.通过在轴流、向心混流两个计算案例的应用,证明了本文方法的可行性.     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

梯状间隙结构对轴流压气机影响的试验与数值模拟

采用试验和数值模拟的方法研究了梯状间隙结构对轴流压气机转子性能以及内部流动的影响,在某单级轴流压气机试验台上,在5059r／min和8130r／min两个换算转速下分别对三种不同的机匣结构进行了详细的试验测试,结果表明:与具有设计间隙的实壁机匣结构相比,两个转速下梯状间隙结构的引入能够在扩大压气机的稳定工作裕度的同时使得压气机所有流量工况下的压比和效率均有一定程度的改善;对具有梯状间隙的压气机转子内部流场进行了详细的数值模拟,揭示阶梯状间隙结构内部流动机理。     

前缘弯掠影响子午加速风机内流的研究

本文采用三维Navier-stokes方程和k-ε两方程湍流模型,对前缘弯掠子午加速风机的内部流场进行数值分析。通过实验数据、设计参数与计算结果对比,验证数值方法模拟该转子内流场的可靠性。研究揭示了前缘弯掠叶轮的流动机制:前缘弯掠叶轮消除了基准叶轮前缘存在的回流,将端壁区域的低能流体吸收到叶片中部高能主流中,减弱了端部低能流体的聚集,从而减弱了流动损失和流动阻塞,前缘弯掠叶轮出口尾迹衰减比基准叶轮快。证明前缘弯掠改善了叶轮内流及前缘弯掠设计的有效性。发现弯掠叶片的静子在小流量工况,其叶片吸力面附近端壁的低能流体被主流携带往下游的二次流特征,改善了小流量工况下静叶的内流状态。     

离心通风机整机定常流动数值模拟

对一离心通风机在设计工况时的整机内部流场进行了数值模拟,捕捉到了离心通风机内部许多重要的流动现象,证实了蜗壳、叶轮间相互作用引起的整流场不对称性,并预示了叶轮内部的重要流动特征。所得到的分析结果对探讨影响离心通风机效率的原因、改进叶型设计、扩大运行工况范围等研究内容,提供了重要的理论依据。     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

混流叶轮S2流面的展向掺混模型与应用

本文在S2流面流动方程中加入了"展向掺混"模型,模拟叶栅端部二次流动、湍流扩散等对局部低动量流体的展向输运效应。方法用于混流叶轮内流动分析,结果表明:由于混流叶轮子午流道的大曲率,叶轮端部的低动量流体在展向的扩散远大于轴流叶栅,叶轮出口的展向均匀化趋势更加明显。合理的选择掺混扩散系数,可以获得与三维N-S计算的周向平均值类似的子午面分布,从而提高了S2流面分析和设计的可靠性。     

轴流压气机环壁边界层的流量堵塞效应

本文讨论了轴流压气机环壁边界层的计算,它对流量的堵塞效应和在S_2流面计算中对此进行合理修正的方法.首先介绍了一种适合于叶轮机械设计和分析用的边界层的计算方法.在此基础上进行了主流与边界层的迭代计算。对三种迭代方案进行了比较.本文给出了一台单级和一台十级轴流压气机的算例以及计算与激光测量结果的比较.     

离心泵内部流态的高速摄影研究方法

离心式流体机械内,特别是离心叶轮内部的流动相当复杂,单靠理论计算来正确预测叶轮内部流态和设计高效率的叶轮是有困难的。七十年代以来,运用三元流动理论和流动分析法求解叶轮内流场分布获得很大进展,但由于粘性对叶轮壁面的影响和叶轮出、入口的边界条件不易确定,计算结果与真实流动模型尚有一定差距。因此用实验方法     

旋转离心叶轮内部非定常流动实验研究

利用激光成像速度仪(PIV)测量了旋转离心叶轮内部的非定常流场,获得了旋转离心叶轮内部相对速度的非定常流场分布。详细分析了叶轮内部非定常流动现象和流动规律。通过实验研究发现旋转离心叶轮内部的流动是非定常,在叶轮出口处,叶片的吸力面与轮盖的夹角区存在一个低速区,并观察到了明显的射流/尾迹结构。射流区和尾流区的大小和范围在沿盘盖方向和跨叶片方向上是不同的。射流区和尾流区之间不存在明显的分界线。     

缘线匹配技术在轴流压气机设计中的应用探索

叶轮机缘线匹配技术以叶轮机相邻叶排前、后缘线空间相对位置为非定常设计自由度来进一步提升叶轮机性能,这在叶轮机定常设计框架下是不能考虑的。本文以单级轴流压气机设计为例对缘线匹配非定常设计技术进行数值研究,初步展示了缘线匹配的应用方法及其设计验证,数值计算结果表明缘线匹配技术为叶轮机非定常气动设计提供了有效的设计途经。     

考虑粘性及展向掺混的轴流和离心组合压气机流动分析

本文研究建立了具有复杂流道形状的一体化轴流和离心组合压气机内部流动的数值计算方法,考虑到湍流扩散和粘性掺混,对不同类型的组合压气机内部流场进行了计算,根据计算结果详细分析了压气机的流动特性和气动性能,为建立先进的轴流和离心组合压气机气动设计体系,提供了工程实用的计算机程序和设计分析方法。     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

高比转速斜流叶轮根尖加功量分配的影响分析

以高负荷高比转速斜流叶轮为例,采用数值模拟的方法,在级环境下分析了斜流叶轮根尖加功量分配形式对于斜流叶轮总体性能、叶尖泄漏以及出口均匀性的影响,讨论了斜流叶轮根尖加功量分配影响的内在机制.结果表明,强根部设计有利于减少叶轮内部流动损失,改善叶轮出口流场的均匀性,有利于获得较高的效率;而强尖部设计则有利于获得稍高一些的失速压比.     

高比转速离心压气机叶轮的设计及其三维流场分析

利用三维数值模拟计算(CFD)技术进行了100 kW微型燃气轮机的高比转速离心压气机叶轮的设计与内部流动的数值模拟与分析,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布。根据数值模拟分析,设计的100 kW微型燃气轮机高比转速离心压气机叶轮具有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,可以满足微燃机总体设计对压气机的要求。流道内存在复杂的跨音速流动现象。在下一步工作中,有必要优化设计叶轮几何型线,提高压气机效率。     

亚音速轴流压气机转子非轴对称轮毂端壁的数值研究

修改端壁型线是减小二次流损失提高压气机性能的有效方法之一.本文针对某高亚音速压气机转子,首先利用三角函数造型法完成了非轴对称轮毂端壁造型,然后对带非轴对称端壁结构的轴流压气机内部流场进行了详细的数值模拟,数值计算所获得的总性能与试验结果符合较好,该非轴对称轮毂端壁结构的引入能使得压气机的峰值效率提高约0.3285%.详细分析了非轴对称端壁结构对压气机内部流场结构的影响,结果表明:非轴对称轮毂端壁结构的采用能够改善轮毂端壁附近载荷分布,有效地降低叶片通道的二次流流动,从而提高轴流压气机的性能.     

环形压气机叶栅内部分离流结构分析 第一部分:近壁区分离流

1前言随着对叶轮机械研究的深入,叶轮机械内部的真实复杂流动已成为重要的研究课题。认识扩压叶栅内的流动分离和旋涡的发生、发展及相互作用,对于揭示压气机内部流动机制,改善流动结构,提高其喘振裕度,以及发展喘振控制技术都具有重要意义山。尽管人们已进行了许多研究,但尚未完整充分地认识这一复杂现象的物理现象和物理模型。对处在严重流动分离状态下的环形叶栅内部流动的研究就更为少见。本文应用油膜法显示了从约零度到二十几度多个来流攻角下,一大展弦比叶片低稠度环形压气机叶棚的表面流场。进口气流马赫数约为0．1。叶片进…     

离心压气机叶轮的"可控涡"设计及其CFD比较分析

根据准三维气动没计方法,用Bezier曲线构造叶轮子午流道,样条曲线控制环量沿子午面流线的分布规律,气动设计离心式叶轮。通过CFD数值模拟对设计叶轮性能分析比较,结果表明利用准三维设计与三维流动分析相结合的途径是一种比较方便实用的设计方法,且控制参数(环量)的给定未必一定受库塔条件的限制。     

低速轴流涡轮内部流动的大涡模拟

在低进口雷诺数下,低速轴流涡轮内部可能存在复杂的边界层转捩和分离流动。准确模拟边界层转捩和流动分离对低速轴流涡轮的气动设计具有重要意义。本文以某单级低速轴流涡轮为研究对象,采用大涡模拟方法对其在进口雷诺数为20000情况下的内部流动进行了数值模拟研究,并与前期采用全层流模型、S-A模型、Abu-GhannamShaw(AGS)转捩模型的模拟结果进行了对比,对比分析发现,大涡模拟结果与实验结果吻合更好,可以准确模拟该涡轮叶片吸力面的流动分离和叶片通道内的二次流动。由大涡模拟结果可以得出,静叶尾迹和分离使尾迹区的流体流动速度降低,但尾迹对流动角的影响较小。动叶入口低速微团在做周向运动的同时沿径向运动;高速微团主要沿周向运动。静叶叶片表面的分离流存在较大的由叶顶向叶根的径向的运动;动叶吸力面叶顶处也存在较大的分离流动.