可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究

本文以某燃料电池车用高速小型离心压缩机为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX,分析了70000~100000r/min不同转速下,从阻塞到喘振流量范围内,低稠度扩压器叶片安装角分别为10°、15°、20°、25°时,离心压缩机的级性能变化,并与无叶扩压器进行对比。数值结果显示,低稠度扩压器提高了静压恢复系数,扩压器内径向方向和叶高方向减速均匀,流动损失小。可调安装角的低稠度扩压器可在各转速下较无叶扩压器提高约8%的流量范围,并且能在各工况提高至少压缩机4%的压比及等熵效率。通过分析各工况下压缩机比转速、扩压器进口冲角和叶片安装角之间的关系,基于响应面模型给出进口冲角和叶片安装角相对比转速的多项式,为可调低稠度扩压器的实际应用提供研究基础。     

叶片扩压器对离心压气机整机性能影响的实验及数值研究

以一高压比离心压气机级为研究对象,设计制造了三种不同的扩压器,采用实验和数值方法研究了扩压器进口安装角和叶片型线对级性能的影响。结果表明,扩压器进口安装角减小时,性能曲线向小流量区移动,最高效率和压比降低。采用低稠度机翼形扩压器时,级工况范围稍有扩展,但效率和压比显著降低。流场分析显示,进口安装角减小时,扩压器凸面流动分离区扩大,堵塞流道且增大损失。采用低稠度机翼形扩压器时,扩压器内更容易产生大尺度分离涡。     

离心压缩机低稠度叶片扩压器匹配设计方法研究

低稠度叶片扩压器(LSVD)在不损耗稳定工况范围的同时,具有较高的效率,应用广泛。本文以当量扩张角为判断依据,结合稠度的概念,提出一种LSVD设计方法,并基于两区域模型建立一种LSVD性能计算方法,完成大规模压缩空气储能系统离心压缩机大流量系数叶轮扩压器匹配设计。结果表明,基于两区域模型所建立的性能计算方法可以作为一维预设计的工具,并结合低稠度叶片扩压器设计方法,实现扩压器匹配设计;进口冲角在-3°~-2°时,离心压缩机整级性能较好,达到设计要求。     

扩压形式对离心压气机性能影响

对采用无叶扩压器、叶片扩压器以及串列叶片扩压器的车用增压器离心压气机内部流动进行了数值分析,研究了不同扩压形式对压气机性能的影响。结果表明,低稠度叶片式扩压器在设计工况点附近可以有效提高压气机效率;串列式叶片扩压器则可以改善叶片扩压器流量范围减小的问题。在小流量工况下,气流角与设计工况不同,攻角增大,使得流动分离加剧,损失变大。通过调节叶片安装角可以减小气流攻角,改善压气机性能。基于本文研究结果,可以为全可调离心压气机的设计和调节策略的研究提供理论依据。     

离心压气机楔形扩压器设计及改进方法研究

本文针对一总压比为11,质量流量为2.98kg/s的单级离心压气机进行了设计.其中扩压器为楔形扩压器,蜗壳为圆截面对称结构。通过数值计算得到其性能曲线和流场分布,探究了楔形扩压器进口安装角对压气机性能的影响,并对其叶型进行改进设计,最后为其匹配蜗壳得到整级的性能曲线.结果表明采用较大的正冲角、曲线轮廓楔形扩压器性能较高,改进完成后整级等熵效率为81.04%,压比为12.73.     

离心压缩机静叶间时序效应的实验研究

轴流压缩机中的时序(Clocking)效应已通过实验和数值模拟被证实存在,而离心压缩机中时序效应的研究还很少见报道.本文通过实验,研究了静叶间时序效应对压缩机性能的影响,并采用热膜传感器,测量了叶轮出口和扩压器进口流场.实验表明,Clocking效应对压缩机效率影响明显,影响幅值超过2%,最大达到3.6%,对压比也有相应的影响.不同Clocking位置,叶轮出口切向集平均速度改变达3.3%,径向达16.5%;对扩压器进口切向集平均速度的影响超过2%,径向达4%,且扩压器进口流动角改变1.5°.     

喷水推进轴流泵的水力设计及性能分析

借鉴陆用轴流泵设计经验,利用Concepts NREC软件设计了三种不同安装角的喷水推进轴流泵,并采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对其流场和性能进行数值仿真。计算结果表明:叶片安装角对喷水推进轴流泵的性能和流场影响较大,动叶进口安装角减小6°后效率可提高3%~5%,叶片进口的狭窄高压区明显改善,动叶吸力面分离区和分离流动损失明显减小,叶片载荷分布更加均匀;静叶进口安装角减小后扬程和效率都有所提高,静叶出口的流场形态得到改善,角区分离得到控制、回流损失减小。     

离心压缩机弯道最佳γ/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径γ与流道宽度b的比值γ/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及γ/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明: γ/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在-个使级效率为最大值的最佳γ/b值.壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素.     

非均衡进气对双面离心叶轮流动损失影响研究

鉴于双面叶轮在内燃机增压领域有广阔应用前景,且叶轮两侧常为非均衡进气,因此有必要深入了解非均衡进气对双面叶轮性能及流动特性的影响,为今后设计更高性能双面叶轮提供指导。本文采用数值方法对非均衡进口条件下双面离心叶轮的流动特性进行研究,探讨了进口条件存在差异情况下对扩压器损失分布的影响。结果表明,双面叶轮性能,尤其小流量工况的性能受两侧进口条件差异影响明显,且随进口条件差异增大性能恶化更多以及稳定工作范围减小;在大流量工况,扩压器内的主要损失为两侧叶轮排气掺混损失;在小流量工况,扩压器内壁面分离涡团造成的损失较之两侧叶轮排气掺混损失更显著。     

离心压气机叶片扩压器气动优化设计

本文以某高速离心压气机叶片扩压器为研究对象,采用Kriging模型在设计工况下对其进行气动优化设计,以获取较高的"叶轮 扩压器"等熵效率,同时保证扩压器出口静压不降.Kriging模型大大加速了设计过程,得到的优化结果和原始设计相比,在性能上有了较大改善.     

离心压缩机弯道最佳r/b值研究

本文将叶轮、无叶扩压器和弯道组合一起对弯道进行研究,充分考虑了叶轮出口的射流/尾迹结构对弯道进口气流的影响.通过对不同弯道半径r与流道宽度b的比值r/b条件下,数值研究其对离心压缩机基本级气动性能的影响.对弯道内部流动及r/b值变化与离心压缩机级的总体性能的变化关系进行详细的对比分析.研究结果表明:r/b值的变化对弯道出口气流角影响显著,并存在一个使级效率为最大值的最佳r/b值。壁面摩擦是引起弯道内部总压损失的主要因素。     

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。     

压力恢复系统扩压器性能初步研究

 在气动和化学强激光器系统研制中，压力恢复系统扩压器设计技术研究具有重要的工程应用价值。介绍了常温空气介质情况下若干型式扩压器试验件的数值模拟和实验研究结果，针对扩压器扩张角大小、壁面之间加隔板和边界层吹气等因素对其扩压性能的影响作了对比分析。初步研究表明：激光器系统的光腔段和压力恢复系统扩压器采用较小扩张角，扩压器内腔宽度方向设置适当厚度的竖隔板，扩压器左右侧壁采用附面层吹气等措施能有效提高扩压器的扩压效率。而由于压力恢复系统扩压器宽高比很大，在扩压器内腔使用水平隔板对扩压效率没有明显提高，并且当扩压器扩张角度很小时，水平隔板反而降低了扩压器扩压效率。     

离心压气机进口导叶尾涡非定常发展的数值研究

本文在不同攻角和不同雷诺数Re下,对离心压气机进口导叶的内部流动进行了数值分析,探讨了导叶翼型绕流尾涡的非定常发展过程。结果表明,对本文所研究的导叶,攻角在30°～60°范围内,当雷诺数Re低于80时,流动是稳定的,翼型后方不出现大尺寸的流动分离;雷诺数Re大于80时,流动是非稳态的,此时翼型后方出现流动分离,并伴随有显著的涡脱落。     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

无叶扩压段型线对离心压气机性能的影响

本文设计了无叶扩压段轮盖侧型线,并采用CFD软件数值模拟了采用两种不同轮盖侧型线结构的离心压气机级．分析了无叶扩压段内部的流动结构和熵的分布．计算结果说明无叶扩压段轮盖侧型线对上游叶轮、下游叶片扩压器以及离心压气机级性能有较大影响．     

扩压器几何参数对离心风机噪声的影响

本文试验研究了扩压器几何参数对一高速离心风机的噪声的影响。扩压器的几何参数包括叶片数、叶轮与扩压器的径向间隙和倾斜前缘倾角以及它们的耦合作用对风机噪声的影响。试验结果表明:(1)风机A声级噪声随扩压器叶片数增加而下降,但气动性能也随之下降;(2)扩压器前缘半径从R_3/R_2=1.03增加到1.07,在设计点风机A声级噪声降了约3 dB(A),继续增大至1.09则基本不变;(3)适当倾斜扩压器前缘可有效降低风机噪声,在设计点30°倾角扩压器相应的风机A声级噪声下降了约3.6 dB(A);(4)倾斜扩压器前缘与增大径向间隙的降噪效果不能叠加。     

导叶调节对双级对转压气机性能影响的研究

本文以某双级对转压气机为研究对象,基于并行计算技术,用数值模拟的方法计算研究了进口导叶安装角对对转压气机性能影响规律,从机理上分析了设计流量下导叶调节对各叶排来流气流角影响,为对转压气机的进一步优化设计提供依据。计算结果表明:在现有计算机条件下,并行计算技术的采用大大提高了计算效率;进口导叶安装角对对转压气机性能有一定影响,当进口导叶向负方向调整时,转子1工作正攻角下,出口导叶工作于负攻角,压气机的增压比升高,效率基本不变,稳定工作范围略有增大。     

叶片安装角对动/静叶排内部非定常流动的影响

采用所发展的滑移界面技术及非定常数值方法，计算了给定流量下不同扩压器叶片安装角时，离心式回转动／静相干叶排内部非定常流动．详细分析了扩压器叶片安装角对扩压器进、出口处非定常流动的影响．