跨声速轴流压气机动叶弯和掠效应的应用

对一单级跨声速轴流压气机的动叶分别进行了前掠和正弯研究,然后针对前掠和正弯叶片各自所存在的问题分别作了改进.对掠动叶中部的叶型做了二维改型以降低中部的激波强度和分离损失;对弯动叶不同截面叶型的安装角进行调整以消除正弯对动叶出口气流角的影响.最终应用前掠和正弯动叶的压气机的效率得到明显的提高.在对正弯和前掠动叶研究的基础之上,对动叶进行了前掠和正弯相联合的设计以综合利用弯和掠的有利作用.同时对弯掠动叶中部截面的叶型进行了二维改型以降低中部分离损失,并且对不同叶高截面的安装角进行调整以消除对出口气流角的影响.最终应用弯掠动叶的压气机效率和失速裕度都得到显著提高.     

轴流压气机设计中"掠"的另类认识

本文回顾了“掠”的历史发展,对“掠”机理进行探讨,给出了关于轴流压气机设计中“掠”问题的另类认识: “掠”仅是叶片设计的一个自由度,其通过叶片基元负荷全工况范围内的展向匹配影响轴流压气机失速裕度;通过激波、附面层、叶尖泄漏流、二次流等因素对效率产生影响,这是个折衷过程。     

轮毂曲线对跨声速压气机转子性能的影响

本文对一台多级压气机进口级转子的四种不同轮毂造型进行了比较研究.通过三维数值模拟证明,不同轮毂造型对跨声速压气机转子的流场有明显的影响,从而影响转子设计点性能.研究结果表明:与传统的直线轮毂型线相比,凹形轮毂能够提高流通能力,提高转子的加功量,使得跨音转子的流量上升,根部流场改善,效率上升;凸型轮毂会降低流通能力,降低加功量,使得跨音转子的流量、压比、效率均下降;轮毂型线对子午流面产生的影响,主要体现在对激波位置的影响和径向流动的影响;在效率和负荷之间权衡,本文最终认为采用S型轮毂是一种比较合适的选择.     

掠叶片对压气机叶栅流场性能的影响

研究叶片掠对某型涡扇发动机风扇导叶流场性能的影响。结果表明,掠叶片改变了压力场分布。后掠将增加端壁损失,加强角隅失速;前掠是降低端壁损失,减缓角隅失速的有效手段。掠角越大降低端壁损失的效果越好,但中部损失增加,存在对应最小叶栅损失的最佳掠角。此外还应选择小的掠高。     

弯掠动叶对跨声压气机非定常气动负荷的影响

对一单级跨声压气机设计工况采用弯掠动叶前、后的非定常流场进行了数值模拟,深入分析了动叶弯掠对压气机叶片非定常气动负荷的影响.结果表明t动叶弯掠后,动、静叶的气动力和气动力矩时均值由于叶片负荷大小及分布的不同变化而产生不同程度的改变;由于动叶对下游静叶的尾迹和二次流干扰远强于动叶所受到的下游静叶的势流干扰,静叶的气动负荷发生较大波动;弯掠动叶减轻了端壁损失并且减弱了顶部泄漏涡强度和根部角区分离,从而减弱了对下游静叶的非定常干扰,这使得静叶各气动参数的波动幅值显著降低.     

轴流压气机转子叶片的流固耦合分析

本文针对压气机转子叶片流固耦合问题,采用耦合平台MpCCI连接商业CFD软件FINE/Turbo与CSM软件ABAQUS模拟了设计转速下不同流量工况点的流固耦合问题,对比了流场定常计算与流固耦合非定常计算的结果,得到了叶片振动位移频谱振幅图以及效率和压比变化曲线。研究结果表明在失速点附近叶片振动对流场有显著影响,由此可以对压气机的颤振问题进行预测。     

轴流压气机三维叶片角区失速预测Ⅰ:模型、准则与验证

角区失速预测始终是轴流压气机设计面临的难题之一,尤其当代先进三维弯掠叶片应用使得在设计阶段准确预测角区失速更加困难。探究问题根源,即便目前最成功的Lei预测模型与准则,虽然其综合考虑了逆压梯度和横向二次流影响,但仍因未考虑角区二面角下附面层交汇因素而失效于弯掠叶片角区失速预测。鉴于此,本文采用不同正多边形(包括圆)截面扩张管道计算模型,研究构建了量化表征不同二面角、不同逆压梯度环境下交汇附面层发展状态的Ψ因子,并综合考虑二次流影响建立了预测三维叶片角区失速的DJ因子,然后以NACA65系列叶栅为案例,采用数值模拟方法建立了叶栅性能数据库,据此形成了DJ因子角区分离预测准则。最后,基于国内外公开文献中叶栅、叶片试验结果对DJ准则进行了检验,并分析了DJ因子应用中需要注意的一些问题。     

弯曲动叶对跨音轴流压气机性能的影响

对具有弯曲动叶的跨音轴流压气机性能的数值研究表明,反弯曲动叶中通道激波沿径向倾斜角度最大,在顶部移向下游,在中部移向前缘,提高了失速裕度,但也增加了中部损失,反弯曲动叶级效率最低。正弯曲动叶中通道激波在顶部前移,失速裕度下降,通道激波近似为径向,负荷沿叶高分布均匀,气动效率最高。通道激波位置合理分布是弯曲动叶改型设计成功的关键。     

间隙流动特征对压气机转子失速起始的影响

针对一小型,高速轴流压气机实验台,采用三维数值方法研究了间隙流动的稳态和非稳态特征.定常数值模拟结果表明,近失速工况下泄漏涡在叶片通道内部发生破碎,涡破碎使得堆积在机匣壁上的低能流体迅速扩散,对来流产生了很大的阻塞效应.时间精确求解结果进一步证实:随着实验台进一步节流,泄漏涡发生了大范围破碎,破碎形成的低速区迅速扩大;在平衡求解极限点上,破碎的泄漏涡开始与叶片吸力面的附面层发生相互作用,导致吸力面边界层中的低能流体也被卷入破碎的泄漏涡,进一步加剧了尖部通道的阻塞.     

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。     

喷气对低速轴流压气机转子叶顶区域流动的影响

本文采用数值模拟方法研究了近失速工况动叶顶部前缘附近喷气对低速轴流压气机孤立转子叶顶区域流动的影响.受喷射气流的影响,叶顶泄漏流进行自发非定常波动的动态平衡被破坏,建立起新的周期性非定常波动;喷气不仅改变了叶顶泄漏流的起始触发位置,还影响到其形成后的形态和运行轨迹;且喷气后叶顶附近区域损失减小.     

跨音压气机转子叶尖间隙复杂流动观测

本文利用高频响动态压力传感器,在文献［１］的基础上,对ＷＰ１１压气机转子叶尖间隙 流场进行了流场测量。测试包括三个转速多个节流条件下的间隙流场。测试结果表明：激波总体位 置随节流加深而向上游移动,但吸力面最小压力点基本维持在４０％或２０％弦长处不变。当激波位 置在该点之后时,二次漏流直接冲击激波结构;当激波位置在该点之前时,激波结构基本只受前缘 漏流的影响。     

低速轴流压气机中工况变化对动叶顶部泄漏流波动频率的影响

本文利用数值方法研究了某两级低速轴流压气机第二级动叶在存在前后静叶扰动时,工况变化对其顶部非定常泄漏流波动频率的影响。结果显示其波动主要集中在泄漏涡轨迹附近,并且随着流量减小而增强。在大流量工况,其波动频率为转子通道频率。在中等流量工况,其波动频率为0.59倍通道频率。在小流量工况,其波动频率为0.51倍通道频率。并且其波动频率与前后静叶扰动强度无关。     

跨音压气机转子叶尖流场试验与分析

本文利用高频响动态压力测试技术测量了某跨音压气机转子叶尖间隙流场,其中包括对跨音转子叶尖漏流和激波／漏流干扰的细致流场特征．测试结果表明激波在机匣壁面处受漏流干扰的影响相当大,这一干扰分别来自于前缘漏流涡的干扰和叶尖第二次漏流对通道激波的直接冲击干扰,使激波结构呈“S”形.在低背压高攻角条件下,转子存在十分明显的尾涡．     

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对高速跨音压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发,探讨了旋转失速发生和发展过程中,流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．