压气机叶栅通道中二次流动对三维角区分离流动的影响

本文数值模拟研究了不同攻角下压气机PVD叶栅中的复杂流动情况,分析了叶栅通道中的二次流对三维角区分离流动的影响。结果表明:马蹄涡在压气机叶栅通道中的发展不明显并且在叶栅通道中很快耗散,因此对三维角区分离影响不大;而通道涡是压气机叶栅通道中主要的二次涡,增强了三维角区分离流动现象,增加了气流总压损失。     

轴流叶轮内的流动计算

众所周知,叶轮出口流场的特性反映了叶轮内部流动状况,对研究叶轮内部流动机理十分重要。轴流叶轮内的流动,由于粘性的影响,气体在环壁区域呈现为顶端间隙泄漏、环壁边界层、二次流以及壁面失速等复杂的流动现象。对于不同场合用的轴流机械,即使在设计工况下,这些流动现象的表现和干涉程度也不相同,因此适用于任意设计条件下环     

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.     

压气机转子内高亚声速三元流场计算及与激光测量值的比较

作为跨声速轴流压气机研究计划中的一个部份,使用双焦点激光测速仪测量了转子上下游及转子通道内的流场,同时进行三元流分析计算并与测量结果进行比较.本文着重介绍所采用的三元分析计算方法.它以激光测量的出口绝对气流角分布,常规测量的出口总压分布及扭矩测量得到的转子效率作为计算的输入参数,从而得到转子内部的详细流动.在部分转速下的计算结果与测量结果是相当接近的.     

轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

叶尖喷气影响失速起始型式的数值研究

以某叶尖失速型的轴流压气机转子为研究对象,开展了无叶尖喷气以及喷气量为1%边界流量情况的全通道非定常数值模拟。数值探针监测结果表明:不喷气时出现了与实验测量结果一致的突尖型失速,而喷气情况下出现的是模态型失速。对比叶尖喷气下不同工况点的瞬态流场发现:在喷气流影响的径向范围内,喷嘴右侧通道中间隙泄漏流和吸力面尾缘分离耦合作用形成的流动阻塞,随着流量的减小逆转子转动方向沿周向扩展;而喷气流影响的径向范围外,喷嘴左侧通道中吸力面尾缘分离形成的流动阻塞顺转子转动方向沿周向扩展。这种流动阻塞格局的发展演化是喷气情况下出现模态扰动的原因。     

二次气流速度对水平输送管速度场的湍流扰动影响研究

本文对气力成栓的浓相气力输送中二次气流对输送主管的管内气固两相流动进行数值研究。考虑了二次气流的气流速度对主输送管流场的湍流扰动影响,在给出了在二次气流速度作用下,输送主管的气相场、颗粒相场的压力、速度、浓度分布的基础上;考虑了不同的二次气流对输送主管速度场的湍流扰动作用,分别给出高二次气流速度和低二次气流速度时对输送主管流场压力、气相和固相速度的扰动结果;得出二次气流速度参数对气相速度和固相速度的影响不同的结论。气流场采用修正的κ-ε湍流模型进行计算,采用相间滑移数值方法(IPSA)求解全流场的N-S方程;模拟结果与文献试验比较吻合一致。研究结果为浓相气力输送设计提供了重要的理论依据。     

CAS压气机转子中跨声速三元流动的S_1/S_2流面准三元迭代解

本文对我所跨声速单级轴流压气机0.8和0.9设计转速下转子通道内及其上、下游的流场,进行了S_1、S_2两类流面迭代计算,分析了三元跨声速流场,并与使用双焦点激光测速仪的测量结果进行了比较。在分析计算中,以激光测量的出口绝对气流角分布,常规测量的出口滞止压力分布及通过扭矩测量值校正得到的转子效率为输入参数,进行了6轮迭代计算,得到了跨声流场的收敛解。计算结果与测量值较接近。     

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.     

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。     

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。     

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。     

窄通道内热薄燃料表面火焰传播特性研究

利用实验和数值模拟对微重力和常重力条件下高度为14mm和10mm的窄通道内热薄纸张表面火焰传播特性进行了研究。不同重力条件下窄通道内火焰传播速度随气流速度变化的规律符合得较好,说明地面窄通道实验能够模拟微重力条件下材料表面火焰传播的主要特征。地面窄通道中浮力流动速度的最大值约为5cm／s,与常规实验通道（高度较大）相比...     

采用新型非轴对称端壁提高压气机转子性能的数值研究

为进一步改善压气机转子内部的流场结构,探索二次流减少机理,对轴流压气机转子—NASA Rotor37进行了非轴对称端壁造型。本文以商用软件NUMECA为设计平台,发展出一套完整的非轴对称端壁优化设计流程。通过对优化区域及优化方向的控制,设计出一种带有凹槽的非轴对称端壁造型,并对凹槽在轴向的最佳位置进行了讨论。压气机内部流场结构采用三维流线进行分析。结果表明:凹槽改变了槽内以及周边流体的流动轨迹,降低了通道内的横向压力梯度,阻碍了端壁附面层低能流体向吸力面的聚集;同时,凹槽的存在提高了压气机的气动性能和叶片的扩压能力,使二次动能和总压损失系数分别减少了9.52%和6.5%。     

动叶围带顶部泄漏流动对透平级气动性能影响的数值研究

采用计算流体动力学软件CFX-TASCflow数值研究了带围带的动叶顶部间隙内泄漏流动对动叶流动效率以及下一级静叶进口气流角的影响特性.数值模拟了装有不同迷宫式汽封齿数时的动叶顶部间隙泄漏流动特性.揭示了泄漏流动不再是跨叶顶的横向流动,而是在叶顶间隙内沿着轴向流动.给出了动叶顶部间隙泄漏流场的结构,泄漏流与主流掺混后的流场对下游静叶性能的影响.研究结果表明泄漏流与动叶通道内的主流在动叶下游掺混后,改变了上半通道气流的流动方向,使这部分气流偏离设计工况,使下游静叶产生攻角损失.动叶顶部间隙泄漏流有较大的径向速度,在与主流掺混并进入动叶下游静叶后,会向着静叶中叶展处发展,改变静叶上半部流场的结构.动叶顶部间隙汽封齿数增多时这种效果就减小,静叶等熵效率的降低就越少,同时讨论了动叶顶部间隙泄漏流动对透平级气动性能的影响.     

变截面微小通道传热特性的研究

为研究变截面微小通道的流动和传热特性,设计了9种不同微小尺度的变截面通道。采用实验研究的方法,得出了流体在变截面微小通道中的传热特性以及与常规尺度通道的差异。分别比较了通道的进出口宽度比、通道的高宽比对变截面、微小尺度通道传热特性的影响。根据实验结果,得到了描述水在变截面微小通道中的流动及传热特性的无量纲关联式。     

某小型涡扇发动机高压涡轮气动设计

小涡扇发动机总体要求以及高压涡轮工作特点,决定了小涡扇发动机高压涡轮气动设计上具有低展弦比、二次流损失及叶尖间隙泄漏损失大的特点。根据总体性能结构要求,设计了膨胀比为3.4的单级高压涡轮,三维黏性数值计算表明涡轮性能达到要求,具有较高效率,并重点描述了导向器内部流动现象.为了更好地评估实际工作环境下高压涡轮流动特点,对转静子冷却封严二股气流进行了数值模拟研究,详细分析其对转子二次流动及叶型攻角的影响。     

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。     

机匣处理改善轴流风扇驼峰特性的数值研究

针对轴流风扇性能曲线常出现的驼峰现象,采用数值的方法研究了机匣槽的布置方向与旋转轴间夹角的变化对性能的影响。结果表明:设计的几种开槽方案均能一定程度改善轴流风扇的性能,拓宽轴流风扇的稳定运行工况范围;机匣开槽可使得最高效率点向小流量方向偏移,而在偏大流量区域总压升和效率均有稍许下降;逆叶片轴向45°槽方案在全工况范围内的综合性能最优;前置周向槽可取得与整个布置周向槽相当的性能改善效果;合适的机匣处理可使得轴流风扇性能得到明显改善,其原因是高压流体会顺畅地从压力侧绕叶顶流向吸力面侧,将低能的流体旋涡及时地扫除吹向下游,从而有效地抑制叶片表面的流动分离和流道的堵塞效应,减少旋涡和二次流损失。     

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.