超音速叶栅与变动来流干扰的噪音计算

一、序言 文献[1]介绍了后掠超音速叶栅由于振动引起的非定常空气动力的计算方法,用它可预估超音速叶栅非失速颤振。文献[1]的理论也可用来计算变动来流干扰引起的作用于叶片上的非定常空气动力以及因之而产生的噪音。本文介绍其方法的概要和一些算例。 这方面,梶,岡崎和西山,小林对于直叶栅、難波对于旋转叶栅、菊地对于超音速叶栅进行了研究。菊地着重考察了前置静叶在周向倾斜时的三元影响,本文着重考     

基于平板叶栅的颤振关键参数研究

颤振是航空发动机和燃气轮机运行安全的重要威胁,判断颤振发生的传统经验法已经不再完全适用于新一代高负荷定制叶片,而大规模的三维非定常颤振计算在设计阶段难以实现。因此,为了给设计阶段提供参考,与叶片颤振特性相关的关键参数研究必不可少。本文基于二维平板叶栅,对折合频率、安装角、攻角、振动模态(平动和扭转)等影响颤振的关键参数开展了研究,旨在总结颤振稳定性随关键参数的变化趋势,为可能出现颤振风险部件的设计提供参考。     

非设计工况下动静叶相互干扰的非定常流动特性

本文对非设计工况下动静叶栅相互干扰的非定常流动特性进行数值研究。非设计工况主要考虑大攻角下的分离 流动,动静叶干扰的非定常流动的数值求解在N—S方程的基础上采用分区计算的方法来完成。数值分析结果揭示了在分 离流动本身的非定常特性与动静叶栅相互干扰的非定常特性的双重影响下的流场情况。     

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．     

振荡叶栅传播失速不稳定流场的离散旋涡法数值模拟

采用离散旋涡法对振荡叶栅传播失速不稳定流场进行了数值模拟。分片线性化与再校正技术节省了大量计算时间。进行了一系列数值试验包括:进气冲角对传播失速的定量影响;叶片振动频率与振幅的不同响应;随时间流谱与旋涡分布变化的分析,可以显示传播失速的时间与空间传播。本工作为叶片失速颤振气动弹性问题研究的一部分。     

超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式超音速平面叶栅风洞,在详细校核进口流动均匀性、出口流动周期性及叶栅中部流动二元性的基础上,详细测试了三套超音速涡轮叶栅在设计和非设计等三个攻角状态下的气动性能及叶片表面压力分布,为超音速涡轮叶栅的后续研究积累了翔实的实验资料。     

超音速喷嘴叶栅造型设计及数值分析

分析了超音速喷嘴内部的流动机理并研究了超音速喷嘴的设计方法,对某液体火箭发动机用氢涡轮超音速喷嘴叶栅进行了改型设计。设计采用尖边喉部和光滑过渡喉部两种方法,其中光滑过渡喉部喷嘴型线设计采用具有局部修改能力的三次非均匀B样条曲线。对超音速喷嘴叶栅复杂内流的全三维数值模拟结果表明:改型叶栅流动性能明显改善,效率提高,光滑过渡喉部喷嘴性能优于尖边喉部喷嘴。     

多级跨音轴流压气机失速边界的预测

本文以小扰动理论为基础,应用非定常、二元可压流的流动模型,详细地推导了任意级轴流压气机的旋转失速起始判别准则。利用所设计的计算机程序,完成了对多级轴流压气机旋转失速起始边界的理论估算。具体分析了超音速进口相对流速但轴向分速为亚音速的孤立叶排,利用分区处理的构想,实现了跨音速轴流压气机失速边界的预估。     

振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力的影响

一、前言 在叶轮机械非定常气动力的研究中,探索振动叶栅叶片间振动相位差对非定常气动力影响的规律,可以大大节省对叶片进行颤振预估的理论与实验方面的工作量,具有重要意义。在现已发表的文献中,虽然给出了几种相位差下某种振型的实验结果或理论分析,但只限于一种振型下的少数几个相位差,而且也没有得出定量的规律。由于以往计算非定常气动力的方法太烦杂且又受到各种限制,要进行系统分析是十分困难的。文献[3]提出的求解振动叶栅非定常气动力的“振荡中心流线法”,提供了一种适应性广、计算简单     

钝前缘梯形翼高超声速风洞颤振试验

为了研究钝前缘翼面的高超声速颤振特性,获得典型翼面高超声速颤振参数以校验非定常气动力和CFD计算,采用具有简单结构动力学特性的钝前缘梯形翼模型,在中国航天空气动力技术研究院FD-07高超声速风洞进行了高超声速风洞颤振试验研究.模型为9 mm厚钝前缘梯形平板翼,采用夹层设计:中间层为钢板,提供模型主要刚度和质量特性;两侧为泡沫,起维形作用.试验模型采用悬臂支撑安装于风洞试验段,试验Mach数分别为4.95和5.95.试验固定Mach数,通过缓慢增加动压以使模型达到颤振临界点,采用小波时频谱分析时域响应,结果显示试验模型发生了弯扭耦合经典颤振.试验采用直接观测法获得了颤振动压、颤振频率和对应的试验密度、总温等颤振相关参数.采用壳单元建立了结构有限元模型,并采用统一升力面理论对模型进行了颤振计算分析,研究了气流密度、结构阻尼、Mach数对颤振计算的影响,并对试验结果与理论计算的偏差进行了讨论.分析认为,计算气流密度、计算结构阻尼、结构建模偏差、试验结果散布特性等因素均会构成计算值和试验值之间的偏差,但即便在计算中考虑上述因素,计算结果与试验值仍存在较大偏差.      

气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格技术、分区算法以及双时间步长的方法,对某型涡轮级叶栅流场进行了非定常NS方程数值求解,考察了在有、无冷气喷射条件下涡轮级气动性能的非定常变化。结果表明,上游静叶栅是否喷射冷气对下游动叶栅超音速区域的影响具有明显的区别,有冷气喷射时动叶栅前缘气动负荷降低,级效率下降约1%,但是不同动叶通道内气动性能随时间周期性变化的幅度明显减小了。     

前缘加微小平板对压气机叶栅气动性能的影响

随着叶轮机械技术的发展,抑制叶栅内流动分离的研究已成为叶轮机械气体动力学的一个重要方向。本文在叶栅翼型NACA 64-A905前缘附近加装微小平板来抑制叶栅流动分离,在不同进口马赫数条件下研究了微小平板长度及安装位置对压气机叶栅气动性能的影响。结果表明:叶栅气动性能对微小平板长度和位置变化十分敏感,在叶栅翼型前缘点吸力面正上方合适位置处加装长度为3%～6%弦长的小平板后,可以有效抑制流动分离,失速工况下叶栅气动性能得到显著提高,总压损失系数最大可降低43.5%;当Ma大于0.6时,流动控制效果减弱,叶栅总压损失系数增大。     

透平叶栅大负攻角分离流动特性

一、引言 大功率汽轮机组参加调峰、担负供热以及采用空冷技术时,汽轮机末几级叶片经常处在高背压、小相对容积流量状态下工作,由此引起的大负攻角分离流动是叶片发生失速颤振的根本原因.Dring和Joslyn曾考察了透平叶栅负攻角分离流动对叶片换热的影响,但国内外在这方面的研究仍很缺乏.为研究透平叶栅大负攻角分离流动的湍流特性,在文献[3、4]的基础上,本文应用热线风速仪详细测量了两套典型透平叶栅的大负攻     

动静叶栅优化改型及其性能分析

本文对动静叶栅分别进行优化改型,并对改型前后叶栅的气动性能进行数值分析。动静叶栅的优化改型基于正反问题相结合的流函数方法,性能分析一方面基于单排叶栅定常粘性流动的数值计算,另一方面基于动静叶栅相互干扰非定常粘性流动的数值计算。算例结果表明,经过优化改型后的动静叶栅的气动性能,无论在定常流动条件下还是在非定常流动条件下,相比改型前均有较大幅度的改善。     

宽弦高速跨音风扇颤振特性研究

颤振是航空发动机、燃气轮机等运行安全的重要威胁,但颤振稳定性与流动结构之间的关系尚不清晰。本文使用行波法和影响系数法,对某宽弦复合掠型高速跨音风扇转子的一阶模态进行了颤振特性研究,计算了在100%转速下从堵塞点到近失速点的颤振表现。使用影响系数法时,分析了不同通道数的计算域对气动阻尼计算的影响,并与行波法得到的结果进行了对比。研究了流动结构与叶片表面气动阻尼之间的关系,旨在提高对流动致颤机理的认识。结果表明影响系数法和行波法均能对叶片的气动阻尼进行较好的预测;流动结构方面,激波、激波附面层分离、叶尖泄漏流以及吸力面前缘叶顶附近的非定常压力波动,对叶片的气动阻尼分布有较大的影响。     

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。     

非设计工况下叶栅分离流动的非定常特性

本文针对非设计工况下叶栅的分离流动进行研究。基于任意曲线坐标下的N-S方程,对不同攻角下单排叶栅的流动分离情况进行数值分析。计算结果表明,在零攻角和较小的负攻角情况下,流动基本呈现定常流动的特性。在正攻角情况下,特别是随着正攻角的加大,流动呈现明显的非定常流动特性,如大分离和涡的脱落现象等。     

轴流压气机叶顶间隙泄漏流的周向传播特性实验研究

在一台单转子低速轴流压气机上,以叶顶间隙泄漏流非定常性为切入点,通过实验测量沿弦向和周向的壁面非定常压力,分析了叶顶端区非定常波动特征沿叶片弦长的调频特性。研究了占主导地位的叶顶间隙泄漏流非定常波动沿周向的传播特征,进一步分析叶顶间隙泄漏流非定常性波动到失速先兆信号产生的演变规律。实验结果表明,由叶顶间隙泄漏流非定常性波动主导的叶顶端区流场在压气机节流过程中,其周向传播速度逐渐增加,直到失速先兆的产生。由此可以判断,叶顶间隙泄漏流非定常性是失速先兆信号分析和预测的流场依据,为澄清和理解叶顶间隙泄漏流非定常和失速先兆至失速的不同流动特征的统一流体力学机理提供指导。     

不同端壁间隙下压气机平面叶栅角区流动的数值模拟和实验研究

采用数值模拟和实验方法,对比分析了不同端壁间隙下平面叶栅攻角损失特性与角区流动结构的关联。各间隙情况下,当来流攻角大于某一数值时,角区失速的发生使得叶栅总压损失呈突跃式增加。小于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最小。大于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最大。分析表明,间隙的存在可以抑制间隙侧角区分离,并同时推迟无间隙侧角区失速的发生。     

轴流压气机叶排的失速边界和裕度的预计方法

本文从统计实验数据中找规律,提出一种工程应用的经验方法,可预计亚音、跨音转子叶排在设计和非设计转速下的失速边界和裕度。与实验数据比较的结果是令人满意的。 一、数据综合的基础及其结果 由二元不可压非定常的小扰动假定导出的气流流过叶排的失速边界条件为