一种新型前缝后槽式机匣处理实验及数值研究

本文针对一台低速轴流单转子压气机,结合轴向倾斜缝与周向槽机匣处理扩稳机理,设计了轴向缝周向槽新型组合式机匣处理,通过实验研究和数值模拟的方法验证比较了前缝后槽式机匣处理相比于全槽、全缝及光壁机匣的扩稳效果。研究结果表明前缝后槽式机匣处理的扩稳效果与峰值效率损失均介于全槽与全缝机匣处理之间,即扩稳效果高于全槽机匣的7%,峰值效率高于全缝机匣1%。这说明该设计在一定意义上是一种有效的新型扩稳方式。     

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%。     

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。     

倾斜缝机匣处理轴向位置对压气机性能影响的研究

一、概述 倾斜缝机匣处理具有明显改进稳定工作裕度的特点,且其轴向位置变化对性能的影响将直接关系到它的实际应用问题。但把轴向处理位置作为单项几何因素进行研究所见甚少,为此我们针对一个亚音孤立转子设计了四种不同轴向处理位置的轴向倾斜缝机匣     

基于正交试验的跨音压气机叶型和周向槽机匣处理参数化研究

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使单项试验指标最优和兼顾两项试验指标的各因素水平组合方案。通过对流场的分析表明,优化后的方案抑制了叶顶区域泄漏涡和激波相互作用所引起的低速区,缓解了叶顶区域的堵塞,使压气机的失速裕度提高.同时周向槽内的流动及其与主流的掺混造成叶顶区域流动损失增加,峰值效率降低。     

轴向斜缝机匣处理与转子通道之间耦合流动分析

轴向斜缝机匣处理能够有效地扩大压气机的稳定工作范围,本文对轴向斜缝处理机匣与亚音速压气机转子通道之间的耦合流动进行了时间精确的全三维数值模拟,数值结果所获得的总性能与试验结果符合较好。详细分析了处理机匣与转子通道之间非定常干涉现象以及处理机匣结构引入后转子顶部区域不同的流场结构,数值计算结果表明,对具有高损失高阻塞效应的间隙泄漏流及其间隙泄漏涡的控制是轴向斜缝机匣处理扩大压气机稳定工作裕度的主要原因。     

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.     

旋转进气畸变下的两级压气机扩稳实验研究

针对旋转进气畸变诱发的流动稳定性问题,在两级压气机上开展了基于失速先兆抑制型(Stall-Precursor-Suppressed,SPS)机匣处理的气动扩稳实验研究。在两级低速压气机实验台上数模拟旋转畸变进气条件,研究不同的畸变程度下旋转畸变对两级压气机稳定性的影响,并考察在第一级转子前缘上方安装SPS机匣处理后的扩稳效果。在畸变转速小于600r/min时,压气机稳定边界向右移动,效率下降明显。畸变转速大于800r/min时,旋转畸变对两级压气机作用效果趋于改善,相对而言,反向畸变比正向畸变具有更好的延缓失速效果。SPS机匣处理在不同畸变程度下均具有扩稳作用,失速裕度改善可以达到2%～7.9%,并且带来的效率损失均小于1%。     

周向单槽轴向位置对低速轴流压气机稳定性影响机理研究

本文采用数值模拟方法捕捉到了不同位置周向单槽对某低速压气机稳定性裕度的影响规律并分析其原因。结果表明:周向槽位于叶片前缘附近扩稳效果差,位于叶顶弦长中下游区域扩稳效果好。采用机匣壁面剪切应力定量识别泄漏流与主流交界面的轴向位置,发现交界面在节流过程中主要存在两种移动规律,并由此将所研究的周向槽分为准模态和突尖两类周向槽。对于突尖类周向槽机匣,交界面的位置取决于叶顶间隙流体的轴向动量平衡。周向槽可以削弱与主流相抗衡的流体的轴向动量,这种削弱作用越强,周向槽机匣的扩稳效果越好。     

离心压气机混合回流机匣处理的数值研究

机匣处理是一种较早被研究和成功运用的压气机被动扩稳技术。传统机匣处理研究一般针对叶轮部件,本文针对叶轮和扩压器提出了混合回流式机匣处理,采用数值模拟的方法,研究了混合回流式机匣处理的扩稳效果和扩稳机理。研究结果表明:较为理想的混合回流式机匣处理方案可以提高9.4%的失速裕度,设计点效率下降1.7%。混合回流式机匣处理对叶轮主叶片前缘、扩压器叶片前缘以及扩压器叶片尾缘的气流改善是实现扩稳的主要原因。     

机匣处理若干问题探讨

本文在机匣处理设计中对关键级与危险截面、机匣处理与扩稳、弯槽与直斜槽进行了一些研究。发现各国对关键级与危险截面的判定不一。机匣处理的作用在于消除堵塞,提高叶排临界攻角,减小下一叶排近壁面攻角,扩大了压气机稳定工作范围。弯槽吸收了直斜槽和角向槽的长处,因而兼有显著的扩稳效果和较高的效率。     

机匣扩稳处理的机理——失速起始点的判据

机匣处理是一种扩大压气机稳定工作范围的新技术。其扩稳的机理目前还不太清楚.本文改进与修正了G.R.Ludwig等人在文献[1]中的分析法,引伸于带多孔壁机匣处理的实际压气机转子叶排中,对各种多孔壁机匣处理的扩稳机理作出了统一的分析.并对其失速起始点和失速裕度的改进量给出了定量的估算.经实验证明,理论分析是可     

动叶端区控制体分析方法在跨音轴流压气机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的分析方法,可用于快速比较不同轴流压气机周向槽机匣的扩稳能力。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。不需对机匣处理计算到失速点,仅在光壁失速点流量下,通过比较端区轴向动量的分布即可预测不同方案的扩稳能力。进而以某跨音速转子为示例,分析预测了其七种不同周向槽方案的扩稳能力并利用实验验证了这一方法的预测结果。     

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。     

机匣处理对轴流式压气机性能的影响

一、前言 随着飞机飞行范围的扩大和发动机进口畸变流场的出现,要求压气机有足够的喘振裕度和抗畸变能力.机匣处理是增强抗畸变能力和提高喘振裕度的有效措施之一. 本报告介绍了一台三级超跨音速低压压气机在第一级转子外壁进行机匣处理的试验研究的主要结果.共设计并试验了四种处理机匣(小叶片扰流式、周向槽式、斜槽式和     

对涡旋流对跨声速压气机转子Rotor67的影响

为研究对涡旋流畸变对压气机的影响,本文基于一种新设计的旋流畸变发生器,利用CFD技术,开展了对涡旋流畸变与NASA Rotor67跨声速转子的数值仿真研究。在100%换算转速下,对比分析均匀进气以及旋流进气条件下的压气机压比、效率特性线以及流场分布情况。结果表明,对涡旋流会引起压气机增压能力和效率的下降,并降低压气机稳定工作裕度。在100%换算转速、旋流进气条件下压气机峰值效率点处的流量值较之均匀进气条件下降低2.33%,峰值效率降低2.44%,该点处压比降低0.25%。压气机失速点流量增加0.99%,压气机稳定工作流量范围下降。     

轴向间隙对压气机时序效应影响之一：总性能

本文实验研究了在不同动、静叶间轴向间隙下静叶时序效应对某低速轴流压气机气动性能的影响.结果表明,相同轴向间隙下,时序效应对效率的影响随流量增加而增强,但对压比基本没有影响;在不同轴向间隙下,设计工况效率在67%轴向间隙时最大,33%间隙时最小,且最高、最低效率的静叶时序位置有所不同.综合变轴向间隙和时序位置的影响,压气机设计工况效率最大可提高1.0%,最大流量工况处可提高2.3%.但是随着轴向间隙的减小,压气机喘振裕度有所下降.     

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。     

周向槽扩稳处理的流动分析

一、引言 周向槽扩稳处理具有不降低效率又能增加轴流压气机稳定裕度的特点,人们十分注重其扩稳机理的研究。用波状壁理论所作的流动分析是文献[1]的特色,但它缺乏明确的表达式,不便分析因素的综合影响和选择几何尺寸。单纯取第一次谐波进行流动分析并不具代表性。为了不失问题的本质,又便于工程应用的方便,本文在线化槽口叶片——叶片压力分布的假定下,导出了计算凹槽流的通式,并对槽深、轴向处理位置和叶排相对运动速度等重要影响因素作了计算比较,得出了若干有意义的结果,它有助于深化认识周向槽处理的扩稳机理和正确应用这种扩稳装置。     

环形腔处理机匣对低速风扇性能和失速裕度的影响

本文从实验角度探讨一种新型带有环形腔的槽式处理机匣对风扇性能和失速裕度的影响。结果表明:处理机匣的槽向和槽与转子轴向重合度是影响风扇性能的两个主要参数,应用于本实验的低速风扇中,圆弧槽槽向与转子叶型方向相错,槽与转子轴向重合度为1/3的环形腔处理机匣对风扇失速裕度有明显提高,但效率略有下降。同时随环形腔腔体体积增大风扇裕度有明显振荡变化,进一步的规律值得深入探讨。