离心压气机轮盘空腔流场计算与分析

通过对离心压气机与轮盘空腔耦合流场的计算分析,得到了轮盘空腔流动的基本流场结构和动力特性.在不同离心压气机工况和空腔泄漏流模式下,分析了轮盘空腔与离心压气机的耦合关系,给出了轮盘空腔对离心压气机流场细节、推力、功率和效率的影响及各自的变化规律,并说明了其内在机理.     

离心叶轮局部粗糙度对其气动性能的影响

离心叶轮的气动性能对压缩机整体性能具有重要影响。为了研究局部表面粗糙度使离心叶轮性能恶化的程度及其作用机理，本文采用数值模拟方法将Krain叶轮的流道表面划分成若干区域，并设置不同方案在局部施加粗糙度进行研究。结果表明：粗糙的叶片比粗糙的轮盘和轮盖更能使叶轮性能发生恶化，设计点级的等熵效率比光滑条件下降2.466%，总压比下降了6.266%，同时阻塞流量降低了2.227%；轮盖粗糙度通过改变叶顶间隙泄漏流来改变叶片载荷分布；前缘粗糙度加大了边界层和激波相互作用的程度使流道更容易阻塞；叶轮性能对吸力侧粗糙度比对压力侧更敏感。     

背腔结构对双级离心空压机轴向力及性能影响

基于高速电机直驱与空气轴承技术的无油离心空压机增压技术在燃料电池进气系统中有着广阔的应用前景。由于空气轴承的轴向承载能力与止推轴承效率成反比,控制和减小空压机轴向推力对于提升空压机工作可靠性及运行效率至关重要。以燃料电池双级离心空压机为研究对象,设计了不同叶轮背腔模型,采用数值方法,研究轴隙泄漏、背腔轴向间隙对空压机性能及轴向力的影响。结果表明,在轴隙泄漏的影响下,背腔结构对轴向推力产生显著影响,且随着轴隙泄漏量增加,背腔结构的影响加剧。在双级结构下,高压级压气机背腔结构的变化对总体轴向推力的影响占据主导作用,通过合理的背腔结构设计并结合背腔密封技术,可有效实现对空压机轴向推力的控制,并减小轴隙泄漏对空压机性能带来的负面影响。     

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。     

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。     

轮盘侧空腔流动结构及其对离心压缩机气动性能的影响

本文以离心压缩机轮盘侧空腔流域为研究对象,通过数值计算,研究了设计工况下空腔流动结构及对主流区域的影响机制。结果表明,空腔及密封内部流动表现为四类旋涡结构;空腔流动对叶轮内部流动及气动性能的影响较小,但明显增加了扩压器内的流动损失,致使压缩机级性能显著下降。研究工作为深入了解空腔与通流部件间的相互影响规律提供理论依据,为完善离心压缩机气动性能预测模型奠定基础。     

机匣周向槽抽吸影响跨声速压气机转子性能的数值研究

利用数值模拟的方法对跨声速压气机模拟分析。针对叶尖流道中因激波及叶尖泄漏涡等导致的复杂二次流动,利用叶尖周向抽吸槽改善跨声速压气机叶尖流动状态。其结果表明:在近失速工况下叶尖周向抽吸槽有效削弱了叶尖低能损失流动,在合理范围内大流量抽吸会使抽吸效果更好。     

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。     

叶片数及分流叶片位置对压气机性能的影响

应用三维粘性计算程序对存在叶顶间隙泄漏时带分流叶片的离心压气机内部流动进行了数值模拟,重点分析了叶片数及分流叶片处于不同位置对压气机级内三维粘性流场及级性能的影响。计算中采用中心差分格式结合B-L代数模型使用时间推进法求解雷诺平均N—S方程。计算结果表明:叶片数增加,叶轮进口阻塞增加,压气机性能下降,但可有效降低叶轮单个叶片的载荷。分流叶片位于不同位置时,应用IBSA叶轮的压气机效率最高,压气机性能最好。     

小流量下的转静系盘腔传热特征分析

在一些情况下,燃机透平中用于供给轮缘密封的气体流量要小于自由盘的夹带流量。本文采用气热耦合数值计算的方法,并结合轮盘一维导热模型,分析了小流量下（λ_t<0.22）转静腔室传热特点及其中关键的影响因素。研究结果表明,对于小流量下的转静系盘腔系统,可以根据盘面传热系数随冷气量的变化定义一个临界流量λ_t,c,当冷气流量大于λ_t,c时,盘面传热系数随冷气量增加缓慢增大,近似等于自由盘状态;当冷气量小于λ_t,c时,盘面传热系数随冷气量减小而迅速减小。文中给出了一种估算动盘面传热系数随冷气量变化的方法。文章同时分析了转速对于轮盘传热(λ_t,c<λ_t<λ_t,fd)的影响,当转速对应的Ecb等于Ecb,c时,轮盘的体平均温度最低。     

可调扩压器端隙控制对离心压气机性能影响

在飞机飞行包线内,高速电机直驱可调离心压气机可通过扩压器调节以满足飞行工况下客舱增压系统的供气需求,并使压气机始终工作在高效区,从而满足飞机客舱环境的舒适性并降低增压系统能耗。对于可调扩压器,扩压器叶片两侧存在端隙。在扩压器叶片高度较小的情况下,较大的隙高比导致扩压器内端隙泄漏严重,给压气机性能带来较大的负面影响。以抑制可调扩压器端隙泄漏、提高压气机效率为目的,本文首先分析了扩压器端隙对压气机性能的影响,在此基础上,设计了一种将扩压器叶片端部部分封闭从而改变端隙泄漏路径的整体式可调扩压器结构,研究了该扩压器结构对于端隙泄漏的抑制效果以及对可调压气机性能的改善幅度。结果表明,相对于传统可调扩压器,整体式扩压器结构可有效抑制可调扩压器叶片端隙泄漏损失并提高可调压气机效率。对于本文所研究的可调压气机,峰值效率可提升1.1%,对应压比可提升1.3%。     

离心压气机叶尖间隙泄漏流动数值研究

采用离心压气机计算机辅助设计系统,设计了一个离心压气机叶轮,对这一叶轮在不同叶尖间隙下内部流场进行了数值计算。给出了不同弦长截面二次流矢量、二次流流以及机匣壁面极限流线等计算结果。结果表明叶尖间隙的大小与泄漏流动的强度密切相关。分流叶片的泄漏流动随着叶尖间隙的增大而增强。通道涡与合适的叶尖间隙所形成的泄漏涡相互作用可以削弱泄漏强度,改善流动。     

离心压气机叶片扩压器气动优化设计

本文以某高速离心压气机叶片扩压器为研究对象,采用Kriging模型在设计工况下对其进行气动优化设计,以获取较高的"叶轮 扩压器"等熵效率,同时保证扩压器出口静压不降.Kriging模型大大加速了设计过程,得到的优化结果和原始设计相比,在性能上有了较大改善.     

非对称进气双面压气机叶轮工作模式研究

采用数值模拟方法对两端非对称进气双面离心压气机整级和简化模型的工作特性进行分析。结果表明:非对称进气双面离心压气机存在两种工作模式,随着流量减小由并行工作模式转换成单侧叶轮工作模式;同时,对两侧叶轮出口各区域速度三角形进行了分析,阐明了各区域速度分量存在差别的原因以及共享扩压器内的流动与掺混状况;此外,分析了小流量工况下两侧叶轮出口流场的非对称结构,发现该工况后方叶轮对应各量的周向掺混更为迅速。     

吸力面小翼对扩压叶栅旋涡结构的影响

本文采用经过实验校核的数值模拟方法对某压气机动叶原始叶型和吸力面叶尖小翼叶型流道旋涡结构进行了详细分析.结果表明,原始叶栅流道中存在四个旋涡,即上通道涡、下通道涡、下集中脱落涡和叶顶泄漏涡。吸力面叶尖小翼的应用使得叶栅流道内的旋涡结构发生了变化,叶尖小翼抑制了叶顶泄漏涡的强度,从而使得上集中脱落涡得以出现,同时还使得叶顶泄漏涡的衍生涡被撕裂成两个衍生涡.正是由于叶尖小翼改变了叶栅流道内的旋涡结构,使叶栅流场的气动性能得到了改善.     

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。     

压气机抽气级静叶吸力面抽气方式的研究

本文提出了将压气机系统性抽气与改善流道内部边界层流动相结合的方法,以提高压气机抽气级的性能.以某多级轴流压气机为例,采用数值模拟的方式讨论了压气机静叶吸力面抽气的可行性.通过不同抽气流量下3个算例计算结果的比较分析,证明了通过静叶吸力面抽气改善叶片性能和流动状况是可行的.     

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。     

小流量离心压缩机轮盖迷宫密封的一种改进型式

对某小流量二氧化碳离心压缩机上的迷宫密封添加了逆向辅助密封齿,分别从辅助装置的高度和安装位置两方面对密封性能的影响进行了三维黏性数值模拟分析。结果表明,添加逆向辅助密封齿对密封的性能有很大的改善:齿高厚比为9时,其泄漏损失系数较基本密封齿型的密封结构下降45%;齿偏移量与厚度比值为4时,其泄漏损失系数较基本密封齿型的密封结构下降47.6%。     

旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。