非对称进气双面压气机大小叶轮拓稳特性研究

以非对称进气双面离心压气机为研究对象,采用数值模拟方法对压气机双面叶轮区域进行了模拟。为了拓宽非对称进气双面压气机的稳定工作范围,延迟其工作模式的转换,通过增加后方叶轮叶片出口半径的方式,来适当提高后方叶轮做功能力,更好地匹配两侧叶轮协同工作。通过三个方案的对比及叶片载荷和内部流动结构的分析,表明合理增大后方叶轮半径,则能够改善两侧叶轮的匹配关系,从而拓宽双面压气机的协同工作区域。     

非对称进气双面离心压气机不同后弯角离心叶轮拓稳特性研究

以非对称进气双面离心压气机为研究对象,采用数值方法研究了两侧叶轮后弯角不同的双面离心压气机在稳定工作范围上存在的差异。通过改变两侧叶轮出口后弯角的大小,平衡两侧叶轮的流量分配,进而延迟工作模式的转变,抑制后方叶轮的提前失速,达到减小双面离心压气机失速流量的效果.首先采用理论计算的方式总结出了一种求取最佳叶轮组合的方法,其次选择了两侧叶轮后弯角相差20°,10°以及原始对称叶轮三个模型进行对比分析。结果表明,两种改型方案都能够减小双面离心压气机的失速流量。两侧叶轮后弯角相差10°的叶轮组合方案能够延缓工作模式转变,并使失速流量减小.两侧叶轮的后弯角相差20°则会使得拓稳范围更宽,最终会进入前方叶轮失速状态。     

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。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

离心压气机回流槽改型拓稳研究

采用CFD方法,对带进气回流的离心压气机进行了仿真研究,并根据试验进行了验证。为了拓宽离心压气机的稳定工作范围,根据原型机流场,改变了回流槽的几何,仿真结果表明改型能有效拓宽离心压气机的运行范围,且不明显改变压气机效率和压比.流场分析表明,改型增添的导流段对气流的导流作用引起回流槽前槽出口气流方向变化后,叶轮靠近叶顶部位轴向速度增大,叶轮前缘相对气流角降低,叶轮槽道靠近叶顶部位子午速度增加,槽道堵塞情况减轻,流动更为顺畅,是改型拓稳的原因。在80 kr·min~(-1)下,回流量增大,引起后槽下游轴向逆流区域扩张,叶轮吸力面分离流动加剧,是拓稳轻微失效的原因.改型机和原型机几何形状差异小,属于一种简易而有效的拓稳方案。     

180°进气弯管安装角度对离心压气机的性能影响

针对车用涡轮增压器压气机进口广泛采用弯管的现实,有必要评估弯管导流进气对离心压气机性能的影响,为发动机进气管道的优化提供参考。本文对离心压气机进口接入直管和多种不同安装角度的180°弯管展开实验和数值研究。研究结果表明:弯管进气使压气机性能下降,其性能下降程度与弯管的周向安装位置有关,而且这种影响随流量增加而增大;叶轮进口的流场结构受进气管道导流、叶轮势流和下游蜗壳周向不对称性共同作用,其对应的总压畸变形态改变了叶轮进气条件,导致压气机性能不同程度下降。     

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。     

积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响

建立表征离心压气机叶轮积垢分布的粗糙度模型,在叶片表面生成三维、非均匀分布的粗糙带,数值研究干净和积垢状态下叶轮的气动性能和内部流场,并通过敏感性分析,找到对叶轮气动性能影响最大的积垢区域。结果表明:积垢叶轮的多变效率和总压比较干净叶轮均有显著下降;随着流量增大,性能衰减愈发明显;离心压气机叶片前缘靠近叶顶部位为气动性能对积垢的最敏感区域.研究工作为离心压气机的鲁棒设计优化奠定了理论基础。     

高速离心压气机的设计与流场数值计算

介绍了一个带有分流叶片的小流量离心压气机的设计过程,这个叶轮的主要设计参数为流量0.215 kg/s,转速95000 r/min,压比1.8。简要介绍了离心压气机设计系统,其中包括初步设计及优化模块,性能仿真模块,叶轮造型模块。使用三维N-S方程对所设计的离心压气机在设计点的性能进行了计算,计算结果表明所设计的离心压气机基本能够满足设计要求。     

高压比的斜流叶轮与扩压器匹配设计方法的改进

针对高压比的斜流压气机设计过于依靠叶轮的性能,容易出现较为严重的扩压器与叶轮的匹配问题,改进了斜流压气机的叶轮扩压器匹配设计方法.把叶轮及叶轮出口的无叶扩压器段作为一个整体,将单一的叶轮出口设计扩展为叶轮出口加出口无叶掺混段设计,将掺混过程用一个连续的过程描述,来提高一维设计方法的匹配设计能力.用该方法完成某单级斜流压气机的气动设计,级性能满足设计要求,表明改进后的匹配设计方法可用于高压比的斜流压气机设计.     

基于非线性谐波法的离心压气机确定应力场分析

本文采用非线性谐波法与定常计算方法,对离心压气机的内部流场进行了数值模拟,对比了时均流场与定常流场的差别,研究了离心压气机确定应力分布的特点。结果表明,采用非线性谐波方法所得到的压气机内部流场宏观结构与定常结果基本一致,但流场参数分布细节存在较明显差别,且这种差别与对应的确定应力场的分布特征吻合,验证了确定应力是引起时均流场与定常流场差别的原因。对确定应力的分布特征分析表明,离心压气机内确定应力在流向上呈现为从叶轮出口向上下游逐渐递减的趋势,在叶高方向上表现为从叶根到叶顶逐渐递增趋势;且在整体上,确定应力的空间不均匀特性在叶轮出口处最为强烈,表明离心压气机内部最强非定常效应同样位于叶轮出口。     

离心泵非设计工况内部流动特性研究

以单级蜗壳式离心泵为研究对象,基于RANS进行了全流场的非定常数值计算,探讨了叶轮的非定常流动特征,重点分析了叶轮出口沿轴向变化的圆周面流域内各节点的压力分布特性。结果表明:在叶片压力面及叶片后缘尾迹区发生了剧烈的湍流脉动现象;不同工况下叶轮出口圆周方向的压力系数C_p均在隔舌附近产生极值;额定工况Q/Q_N=1时,叶轮出口圆周方向的压力系数C_p呈稳定周期性分布,随着工况的改变,压力系数C_p沿蜗壳周向分布不均匀性增加;小流量工况下叶轮流域内发生了明显的流动分离现象,流道内产生了较大尺度的分离涡,破坏了叶轮出口圆周方向压力系数C_p的周期性分布特性;叶轮出口圆周压力系数C_p沿中截面两侧的流域内几乎对称分布;在Q/Q_N=0.2小流量工况下,压力脉动频谱图低频段内出现了较多复杂的激励信号,认为这与流域内的分离涡结构具有一定关联。     

高速离心压气机叶轮性能预测及流场分析

用时间推进法数值求解相对圆柱坐标系下的雷诺平均N-S方程,模拟高速离心叶轮内部的三维粘性流场.计算是在设计转速9个不同的流动工况下进行的.与实验结果比较了三个不同流量下的轮缘周向平均静压,对典型通道位置截面的子午速度分布与实验进行了定量比较,最后得到了转子在设计转速下的压比和等熵效率曲线.研究结果表明,本文发展的数值方法可较好的预测离心压气机叶轮的性能曲线.     

高速离心式压气机喘振特性的实验与数值模拟研究

利用实验与数值模拟结合的方法对高速离心式压气机进行喘振特性研究。实验通过调节压气机出口管道流量调节阀实现压气机从平稳工况到喘振的动态过程。实验发现,喘振阶段叶轮轮盖动态压力及叶轮进口附近气流速度会受到失速团的影响在单个周期增长阶段产生剧烈高频震荡,安装叶片扩压器时,压气机性能曲线较无叶扩压器时大幅度左移,且两种情况下压气机喘振频率等相差较大。同时建立全流道数值模型,采用气腔模型对深喘进行模拟预测,减少气腔容积,压气机喘振频率和压力振荡幅值均增加,但增加幅度逐渐减小。     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

离心压气机回流器三维气动优化设计

回流器作为多级离心压气机两级间非常重要的连接部件,其内部的二次流动十分显著。回流器的设计目标是以尽可能小的损失对上一级出口气体进行整流,减小下级叶轮进口处的流场畸变。本文通过对回流器流道和整流叶栅进行参数化建模,采用多岛遗传算法对某多级离心压气机回流器进行基于N-S方程数值求解的三维气动优化设计,着力于提高变工况条件下回流器的级等熵效率以及使变工况条件下回流器的出口气流角尽可能均匀。     

叶顶间隙对离心压气机性能和流动影响的实验研究

本文通过实验研究了叶顶间隙大小对离心压气机总体性能及流场的影响,并利用非接触式光纤位移传感器对压气机工作时叶轮的叶顶间隙进行了测量。结果表明,压气机运行过程中叶顶间隙变小,而且叶顶间隙随时间波动.叶顶间隙增大将降低压气机的压比和效率,并且随转速升高,这一效果更明显。同时,流场分析发现,随流量减小,泄漏流的影响区域逐渐向上游移动,叶顶间隙增大使泄漏流的影响区域增大且静压损失增加。     

电动离心压气机主动控制扩稳方法研究

为了适应车用宽工况范围需求,燃料电池离心压气机需具有宽的稳定流量范围,而喘振限制了离心压气机小流量工况工作的稳定性.针对燃料电池离心压气机为电动离心压气机的特点,本文提出了一种通过控制电机转速动态变化的主动控制扩稳方法.通过试验研究发现,相较于无主动控制的情况,采用主动控制使电机转速以正弦波形式主动变化时,可削弱失速、...     

低速离心压气机的全工况数值模拟和校核

本文选用不同的计算模型和网格数目在全流量域对NASA低速离心压气机进行了数值模拟,通过与实验数据的对比检验了计算结果的精度,为具有无叶扩压器结构的低压离心压气机确定了合理的计算方案。同时通过计算结果的观察和对比,分析了小流量下叶轮内部流场的部分变化特征。     

不同型线离心风机叶轮的性能对比研究

本文分别对采用常规单圆弧叶片和等减速叶片两种不同型线叶轮的离心风机进行了试验研究,并做了整机全工况数值模拟计算.流场分析表明:应用等减速流型设计的离心风机,其叶轮内部的流动损失小,压力梯度变化更规律,叶轮出口的射流-尾迹结构较弱,出口速度场均匀且最大速度值较低.所以,等减速流型设计的叶轮,其流动损失、扩压损失、出口混合损失以及出口截面突变损失均比较小,效率较高.