跨音压气机机匣冷却流动控制方法研究

近年来轴流压气机非绝热效应逐渐得到学者们的关注,已有研究表明,采用冷却可以提高压气机整体性能。本文在跨音轴流压气机中针对壁面冷却机理进行探讨,并分别针对跨音转子Rotor 37以及某F级燃气轮机压气机首级模化1.5级实验台开展壁面冷却流动控制方法数值研究。在保证压气机相同进口流量时,在单排跨音转子Rotor 37动叶上游机匣处采用壁面冷却,能够有效减小当地音速及增大流速,从而增大叶顶区域激波前相对马赫数,进而增强激波,提高压气机在设计工况点的增压能力。进一步,在1.5级压气机中考察多排环境下壁面冷却作用,冷却分别应用于机匣及进口导叶上,研究结果表明,壁面冷却同样可以提高压气机气动性能。对比机匣冷却与进口导叶冷却两种方式,可知其机理不同,在跨音压气机中机匣冷却具有简便易行且效果显著的特点。     

跨声速离心压气机机匣处理扩稳研究

高增压技术是高升功率车用内燃机的主要技术瓶颈之一,其核心难点在于高压比离心压气机内部复杂跨声速流动导致稳定运行范围窄,无法满足车用工况在高压比条件下对稳定运行工作范围的要求。为拓宽跨声速离心压气机的稳定工作范围,利用全三维数值模拟研究了机匣处理几何参数对扩稳的作用规律及机理。试验结果表明,采用优化后的机匣处理结构,压气机稳定工作范围由20.8%提高到33.6%。     

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。     

轴流压气机非轴对称机匣造型的研究

首次对一尖部失速型的亚音轴流压气机转子进行了非轴对称机匣造型的设计和研究.本文首先分析了压气机非轴对称机匣造型与已有的非轴对称端壁造型概念的异同点,进而对本文研究的转子给出了非轴对称机匣造型的实例,对流场进行了定常与非定常的数值模拟,着重研究了非轴对称造型机匣对转子整体性能和稳定裕度的影响,对造型面对叶顶流动的改变进行了动态的分析,总结了该类机匣设计的初步经验.通过对同转子上非轴对称机匣造型与实壁机匣,周向槽和轴向槽机匣的对比,可以得出结论:精细设计的非轴对称机匣有效利用了叶顶局部压差,以及造型面的流线化,实现了对叶顶流动的优化,在不损失压气机整体性能的条件下实现了一定程度的扩稳.其应用前景值得关注和深入的研究.     

轴流压气机动叶端区的控制体分析方法及其在周向槽机匣处理中的应用

本文从实际应用角度出发,提出了一种基于三维数值模拟,作用于动叶端区的控制体分析方法,可用于初步筛选不同轴流压气机周向槽机匣方案.在对失速机理是主流/泄漏流交界面在前缘溢出的认识基础上,确定了以动叶端区轴向动量作为衡量不同周向槽方案对压气机稳定性影响的特征量.在转子动叶端区设置一系列离散控制体,依照叶顶流动的影响区域来确定控制体的覆盖范围.通过观察有槽和无槽结构控制体上累加的轴向动量的变化,以跨音转子的多槽为例,分析比较了不同周向槽方案的扩稳能力.另一例子是对低速压气机利用该方法筛选出具有最佳扩稳能力的双槽,并以实验研究验证了这一分析方法的可靠性和潜力.     

基于周向单槽的低速轴流压气机扩稳方式研究

本文在低速单转子轴流压气机上对于周向单槽进行了实验研究。首先在叶片前后两端选取了两个单槽,在壁面不同弦向位置进行了动态静压信号的测量。通过静压信号的功率谱分析发现,前端单槽可以明显抑制泄漏流非定常波动所对应的频带,而后端单槽对该频带无明显改变。为了进一步讨论后端单槽的作用机理,又针对后端单槽设计了放气和引气两种扩稳结构,通过实验和数值模拟验证了其扩稳效果。结果表明,在后端单槽底部放气会降低扩稳效果,而在单槽底部放气后引回前缘进行喷气的结构可以进一步提升扩稳效果。     

压气机中介机匣三点NURBS曲线参数化方法

研究快速高效的压气机中介机匣参数化设计方法,以便在较大求解域内确定具有良好气动性能的初始几何,从而为三维数值优化提供参考。结果表明,利用三点NURBS曲线参数化方法进行中介机匣二维初始设计,流道端壁型线同三维优化结果吻合较好,能够准确预测中介机匣流道损失。     

用PIV技术测量跨音压气机转子内流的激波结构

在跨音压气机试验台上进行了用ＰＩＶ技术测量内流激波结构的试验研究。乙二醇微小液滴成功地被用作示踪粒子；自行设计制造的激光潜望镜成功地将双脉冲激光器发出的激光束导入机匣。用数字ＰＩＶ技术测量到的跨音压气机叶片流道内的二维瞬态绝对速度场分布被转化为相对速度分布，发现的激波结构测量结果与静压分布测量结果进行了比较，得到了比较满意的符合。本文讨论了目前试验装置和测量系统所存在的问题，提出了进一步工作的要求．     

周向总温畸变下跨音压气机转子运行工况分析

进气总温畸变严重影响压气机稳定性,过去的研究往往把压气机整体作为研究对象,很少关注转子叶片在周期性转入转出畸变区时性能变化情况。本文以单级跨音压气机为研究对象,首先通过单通道定常计算开展均匀来流下的数值模拟,与试验数据对比验证了计算的准确性。然后开展了进口周向范围180?,高温500 K的全环非定常模拟获得整条特性线,并分析了相比均匀来流条件下最高效率点的等熵效率增大的原因。最后详细介绍轨道法并利用该方法得到了最高效率点转子叶片在不同周向位置的压比–折合流量特性,发现总温畸变条件下,不同周向位置对转子载荷的影响基本等同于改变其折合转速,并分析得出最有可能先发生失速的周向位置是由低总温区转入高总温区时。     

轴流压气机内部流动失稳及机匣处理扩稳机理探索

本文首先利用动态测试手段和非定常数值模拟手段探讨了亚音速条件下叶顶复杂流动机制触发轴流压气机内部流动失稳机制.然后利用全三维非定常数值模拟技术对二种不同处理机匣与亚音速压气机转子叶顶流场之间的耦合流动机制进行了详细的分析,对比分析了处理机匣引入前后压气机叶顶流场结构的变化,研究结果表明:顶部间隙泄漏流所导致的堆积在叶片通道相邻叶片压力面附近的阻塞是触发该压气机内部流动失稳的主要的机制,而处理机匣结构能够抑制或者吸除叶顶区域由于顶部间隙泄漏流导致的阻塞,推迟相邻叶片压力面前缘附近间隙泄漏流溢流的出现,从而提高压气机的失速裕度.     

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。     

扩压器斜槽机匣处理的数值与实验研究

机匣处理能够有效地扩展压气机的稳定工作裕度。传统的机匣处理研究大多集中于压气机叶轮上,对扩压器机匣处理的研究甚少。本文在离心压气机扩压器上建立了新型斜槽机匣处理方案,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了扩压器斜槽机匣处理的扩稳效果及机理。研究表明:扩压器斜槽机匣处理使压气机的失速裕度提高了8.1%,效率下降了1.35%;扩压器斜槽机匣处理对扩压器叶片前缘及尾缘附近气流的改善是其扩稳的主要原因。     

跨声速轴流压气机转子叶片的掠形优化研究

本文通过对掠形叶片在跨声速压气机转子上的应用发展回顾,发现当前掠形叶片在叶轮机领域得到重视应用的同时,还存在掠形如何改善压气机性能的争议.为了探索掠形叶片对轴流压气机跨声速转子的性能影响,本文采用数值优化的方法对一个跨声速转子的性能进行了优化研究,结果证明:前掠叶片对压气机性能有较为明显的影响.     

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.     

GC-MS测定血清胆固醇及其标志物前处理条件正交试验优化研究

采用正交试验优化GC-MS测定血清胆固醇及其标志物的样品前处理条件,并对最优试验方案进行方法学评价。采用L₁₆(211)正交设计对影响GC-MS测定血清胆固醇及其标志物前处理的3个关键步骤共7个因素——皂化(KOH-乙醇浓度、皂化温度和时间)、萃取(正己烷用量)和衍生化(衍生化温度、时间和用量)进行优化。得到最优前处理条件组合如下：KOH-乙醇溶液浓度为1 mol·L-1;皂化温度70 ℃;皂化时间60 min;萃取剂用量2 mL;衍生化温度70 ℃;衍生化时间60 min;衍生化试剂用量100 μL。所建方法准确性和精密性良好,方法学评价指标优于文献报道。     

基于正交试验的RLV再入轨迹参数灵敏度分析

为分析RLV再入过程中参数对再入动态性能的影响,基于正交试验设计理论,运用极差分析法对影响RLV再入过程的7项重点参数开展灵敏度研究,仿真试验结果表明峰值热流、峰值动压、峰值过载和总加热量对初始速度和质量最为敏感,质量、初始航迹偏角、常值升力系数和初始高度之间的耦合灵敏度较大。提高初始速度和质量的精度,其它灵敏度较低的参数可适当放宽精度,从而提高飞行器性能,降低飞行器研制成本,确保再入飞行的安全性和可靠性。该方法不受系统模型限制,能减少试验运算和数据处理工作量,可有效应用于非线性、不连续的RLV动态再入过程制导算法鲁棒性评估和参数灵敏度分析,为再入任务规划提供理论支撑。     

基于正交试验法的显微镜上照明设计

根据LED光源特性和目标面光强的分布要求,采用正交试验法,对显微镜的LED照明系统进行优化设计。利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真,结果表明,在Φ50mm的范围内照度均匀性达到83.7%,能量利用率达到52.8%。该结构简单,成本低,易于实现。