轴流压气机转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播

用三维激光多普勒测速系统测量了轴流压气机设计状态转子叶尖泄漏涡和尾迹在静子尖区的传播过程。结果表明,转子叶尖泄漏涡和转子尾迹周期地扫过静子通道尖区,导致该区出现周期性的流动阻塞和脉动。转子尾迹在静子通道内追赶上从前一转子叶片通道内下来的叶尖泄漏涡,二者的相互作用和掺混导致静子尖区更为复杂的二次流动。同转子尾迹相比,转子叶尖泄漏涡对静子尖区的影响更为明显和深远。静叶尾部吸力面出现流动分离,分离流同低能物质之间发生相互作用和掺混。     

压气机转子叶尖泄漏涡的SPIV测量研究

在低速大尺寸单级压气机实验台上,利用SPIV技术测量了设计状态和近失速状态下压气机转子尖区多个截面的 三维瞬态速度场。基于瞬态场测量结果,详细分析了设计状态和近失速状态下压气机转子叶尖泄漏涡产生、发展、失稳、 破碎的演化过程。     

涡轮叶栅尾迹对泄漏流影响的试验研究

本文利用运动圆柱排模拟上游叶片尾迹,在平面涡轮叶栅上研究了上游尾迹与叶栅通道内泄漏流的相互作用,初步讨论了尾迹与泄漏流相互作用的机理,研究发现利用这种相互作用可以控制泄漏涡的强度、减小泄漏损失,进而可实现提高涡轮效率的目的。     

轴流压气机小流量状态转子叶尖泄漏涡的三维流动

用三维激光多普勒测速系统测量了低速大尺寸单级压气机小流量状态转子内尖区三维紊流流场。小流量状态下叶尖泄漏涡产生于更靠近转子叶片前缘,旋涡强度大,发展迅速,在转子内距离前缘约２０％轴向弦长的截面达到最强,在８０％轴向弦长附近发生破裂。泄漏涡是造成转子内尖区流动阻塞和紊流脉动的主要因素之一。在约７５％弦长的轴向截面,吸力面角区发生旋涡流动,造成较强的流动阻塞和紊流脉动。     

尾迹流中大尺度涡的三维理论模型

根据流动稳定性理论,在边界层外区大尺度涡理论模型的基础上提出了一种解释尾迹流中大尺度涡产生机理的三维理论模型。采用该模型对NACA0012翼型尾缘后0．1到0．3倍弦长区域的流动进行计算,得出的流场结构及大尺度量的等值线等与实验符合一致,说明该理论模型能够很好地捕捉到尾迹流中大尺度结构的主要特征。该模型的提出为开展尾迹型流动的实验和数值模拟研究提供理论支持,同时为研究尾迹对流动的影响,特别是叶轮机内部的流动前一级叶栅尾迹对下一级叶片边界层的干扰提供了很大的简化。     

某跨音速轴流压气机转子叶顶泄漏流的非定常特征

本文采用数值模拟方法研究了某跨音速轴流压气机转子在设计间隙、不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征.结果显示该转子在大部分工况下都出现非定常波动现象.静压均方根值分布表明非定常波动现象主要存在于叶顶,是由叶顶泄漏流自激非定常性引起,激波及波涡干涉位置附近波动不明显.针对小流量工况,分析了泄漏流的非定常特征和叶顶拟S1流面瞬态静压在一个波动周期内随时间的变化规律,并详细阐述了间隙中部叶顶两侧压差与泄漏流速度之间的动态循环过程.随流量减小,叶顶非定常波动频率减小,波动强度增强,压力面最强的波动区域向前缘移动.     

叶顶间隙对离心压气机性能影响的研究

叶顶间隙的研究长期以来一直是叶轮机械研究和设计的热点和难点。本文采用CFD软件研究了进口叶尖相对马赫数分别为0．9、1．15、1．3时,有、无间隙的离心叶轮的气动性能,比较了压比、效率及流量的差别。并分析了用于 100 kW微型燃气轮机的高压比、高转速离心压气机在三种不同尺寸叶顶间隙下的性能,讨论了间隙影响的原因。数值模拟结果表明,叶顶间隙在一定范围内时,间隙主要减弱叶轮的升压能力,基本不影响效率和阻塞流量。     

对转超音压气机低压转子尾迹对高压转子的作用研究

本文采用数值方法针对对转超音压气机转子叶片排间的相互干涉效应进行了研究,分析了超音转子在两级转子叶片排间具有三种不同轴向间距情况下的性能和前排转子叶片尾迹影响下的超音转子非定常特征。研究结果表明,轴向间距的增大使得尾迹在较长的间距内经过了较为充分的掺混,超音转子最大压比和最高效率随轴向间距的变大而增大;前排叶片尾迹的影响范围从超音转子叶片压力面直至吸力面,横贯整个叶片通道,较高叶展处的尾迹强于较低叶展处;横贯超音转子通道内的低压动叶尾迹先后与斜激波和正激波相互作用,尾迹区内熵进一步增大,并且由于尾迹区的传播速度由主流速度决定,尾迹在通道内继续向下游传播且传播显著延迟于通道外。     

叶轮机械中的泄漏流与泄漏涡

本文基于非正交曲线坐标及非正交速度分量下完全守恒型的N-S方程,采用整体H型网格,用数值方法研究叶轮机械中的泄漏流动。对于不同的间隙尺寸,对于环壁静止与旋转的不同壁面条件,揭示了泄漏流与通道二次涡相互作用的细节,揭示了泄漏涡的生成与发展过程。     

轴流压气机转子内流数值模拟及叶顶间隙泄漏分析

本文数值求解N—S方程和Euler方程对比分析单转子轴流压气机内部流场、计算较好地预测了压气机的平均流场及叶尖泄漏涡的生成演化过程。为分析泄漏流动的成因，本文采用简化模型计算泄漏速度。计算与实验结果的时比表明，泄漏流动是无私流动，粘性主要表现为对涡的衰减；泄漏流动由叶片两侧的转了静压控制，粘性在叶片两侧作用持平；给定叶片两侧的转子静压即可由Bernoulli方程求出泄漏速度。     

对转压气机叶顶间隙涡非定常数值研究

以双排对转压气机为研究对象,研究了叶顶间隙对对转压气机性能参数的影响规律。针对大叶顶间隙时对转压气机性能严重恶化问题,从非定常的视角刻画了大叶顶间隙下,工作点变化对其内部流动特征的影响规律,结果表明:随着流量减小,对转压气机中上、下游转子叶尖泄漏涡非定常波动均有增强趋势,下游转子首发失速是对转压气机流动失稳的主要诱因。小流量工况下,叶顶主间隙泄漏涡与次泄漏涡的非定常干涉是下游转子内部非定常波动的主要成因;该工况时,下游转子叶顶间隙涡非定常周向波动强度强于径向波动强度,其影响范围也主要表现在叶顶前缘50%弦长范围内。频谱分析显示,上游转子叶尖泄漏涡非定常波动频率略小于下游转子区,下游转子区静压波动幅值约为上游转子的5倍。     

轴流压气机时尖泄漏涡的时均流动

用三维激光多普勒测速系统测量研究低速大尺寸单级压气机设计状态转子内尖区流场．结果表明，泄漏流在气流一进入转子叶片通道就开始发生，发生于前半弦长，其诱导形成的泄漏涡约在30％弦长处达到最强，随后逐渐衰减，其涡核顺下游慢慢向压力面方向和低时高方向移动，涡核在转子出口移至通道中部．泄漏涡影响区域沿流向逐渐扩大，并向压力面方向和低叶高方向移动．设计状态叶尖泄漏涡在转子尖区流动中起主要作用，是造成尖部流动阻塞的主要因素．     

压气机转子叶尖泄漏的DDES研究

叶尖泄漏是压气机中的典型流动,但其机理仍没有完全揭示。本文使用延迟脱落涡模拟方法对压气机转子的泄漏涡进行模拟计算,以便更好了解泄漏流动的运动过程。为了清楚地认识叶尖泄漏的流动结构,本文研究了三维流线、压力和涡量云图。从近堵点到近失速点,泄漏涡形成和失稳的位置都向前缘移动。泄漏流的瞬时流动和平均流动存在差异,据其可将泄漏涡的发展分为3个阶段。另外,泄漏涡的失稳会导致频谱中泄漏主频右侧的高频区域振幅增加。     

叶顶间隙尺度的不确定性对压气机性能影响的CFD模拟

本文研究了转子叶顶间隙尺度的不确定性对某轴流压气机的气动性能的影响。采用非嵌入式概率配置点法模拟间隙尺度不确定性在流场中的传播。先以二维随机方腔流动为模型,通过与蒙特卡洛模拟进行对比对非嵌入式概率配置点法进行验证。验证后采用该不确定性方法模拟了当叶顶间隙大小服从Beta分布时气动性能及流场参数的变化。     

圆盘绕流近尾迹相干结构大涡模拟

对Re=22000圆盘近尾迹进行大涡模拟数值研究,通过对x/D=1,4处径向多点脉动速度进行快速傅里叶变换(FFT),发现三个特征频率,其对应的Strouhal数分别为0.035、0.123和1.3~1.7。分析表明,St_2=0.123为涡旋自然脱落频率,与文献结果相符;较小频率St_1=0.035,可能与回流区伸缩和剪切层附近涡旋脱落点周向旋转共同作用相关;而高频率St_3=1.3~1.7则与剪切层结构相关。最后对圆盘近尾迹流场作特征正交分解(POD),根据1~6模态的分布,分析大尺度结构的可能存在形式。     

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。     

轴流压气机势流和尾迹相互干涉叠加效应分析

尾迹与势流的相互作用对压气机叶片表面的压力波动强度和出口的轴向速度分布及波动会产生很大影响。针对两级跨声速轴流压气机,采用数值方法研究两排转子叶片周向相对位置不同情况下,叶片表面压力波动抵消区域位置发生的变化。研究结果表明:转子叶片周向位置的变化会对静子叶片尾迹形态产生影响,会导致叶片表面压力波动抵消区域发生变化。伴随转子叶片周向相对位置的变化,存在上游转子叶片尾迹减缓下游静子叶片尾迹衰减的现象,从而改变了叶片排之间的相互干涉强度,并使叶片表面压力波动强度发生变化。     

静叶轮毂间隙对高负荷压气机性能的影响研究

静叶轮毂间隙的改变显著影响轴流压气机的气动性能。本文以某1.5级高负荷轴流压气机为研究对象,采用经过校核的三维稳态数值模拟方法探究静子轮毂间隙大小和尾缘间隙长度对其气动性能的影响。研究发现:原型压气机在近失速工况点,静子近轮毂区域吸力面发生流动分离,导致流动堵塞,引发压气机失速。随着轮毂间隙的增加,压气机的失速裕度先迅速增加后缓慢减小,峰值效率下降。在峰值效率工况点,原型静子近轮毂区域的流动整体良好,吸力面分离较小,轮毂间隙反而使得泄漏流增多,泄漏损失增加。而尾缘间隙相比于轮毂间隙,其对压气机的峰值效率恶化较小。随着尾缘间隙长度的增加,轮毂泄漏流增多,有效抑制了静子吸力面附近低能流体的堆积,改善了近轮毂区域的流场,提升了压气机的失速裕度。     

间隙大小对高负荷压气机叶栅流动特性的影响

在低速平面叶栅风洞中,对不同间隙大小条件下的高负荷压气机叶栅流动特性进行了实验研究。实验采用五孔气动探针测量了叶栅出口截面参数,得到了该截面的二次流速度矢量分布,并对叶栅下端壁和叶片表面进行了墨迹流动显示.结果表明,叶顶间隙的增加加剧了间隙泄漏流动与通道涡的相互作用和掺混,导致叶栅流道内的二次流结构和形态发生改变;增加叶顶间隙可完全抑制吸力面角区分离,但被间隙泄漏流动带走的低能流体被带到尾缘及其下游位置,加剧了相应位置的流动分离;间隙泄漏流动将引起叶栅总损失的显著下降,损失的大小并不一定与间隙大小成正比.