多级轴流压气机内部流场诊断问题的数值解法

多级轴流压气机内部流场诊断问题的数值解法张增产（清华大学力学系北京１０００８４）刘杰,叶大均（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词流场诊断;压气机１引言压气机是航空发动机中的核心部件。但是压气机的研制是一项既复杂又困难的工作,必须进行大量的实验...     

压气机特性通用数学表达式

压气机特性通用数学表达式张娜，林汝谋，蔡睿贤（中国科学院工程热物理研究所／北京１０００８０）关键词压气机，特性线１引言求解燃气轮机全工况问题首先要涉及部件特性和负荷特性的描述。各部件中，压气机实验花费昂贵，特性线数据一般很少公开发表。即便已掌握了特性...     

复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。     

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。     

虚拟仪器概念在压气机实验研究中的实现

从实现压气机在线动态测试与监控环境建设出发,采用虚拟仪器技术实现了三级轴流压气机各级特性的在线测量、十六通道热线风速仪测试方案和数据分析模块集成的在线实现、以及三孔测量探针的在线标定和两维速度、总压、静压的在线测量。对虚拟仪器概念在压气机实验研究中的实现作出了初步的探讨。     

压气机转子尾迹三维紊流特性分析

根据单转子压气机和单级压气机在设计状态和近失速状态转子出口流场的详细测量数据，分析了这两种试件在不同状态、不同叶高情况下转子尾迹的三维素流特性。设计状态除端壁区外；转子各叶高尾迹的速度型很相似，尾迹宽度沿叶高基本相同．近失速状态转子尾迹明显变宽，且沿叶高变化不均匀，这主要决定于吸力面附面层的增长，另一方面尾迹内紊流强度增强，吸力面一侧的紊流强度高于压力面一侧。本文对转子尾迹的目相似定律进行了检验和改进。     

叶尖喷气影响低速离心压气机特性的数值分析

本文采用数值模拟方法研究了进口叶尖喷气对低速离心压气机稳定工作范围的影响。计算讨论了机匣开缝和机匣安装喷嘴两种喷气方案,通过改变喷气量、喷气角、气流偏角以及喷嘴的周向布置研究不同喷气形式对压气机特性的影响。结果显示两种喷气方案均可起到拓宽压气机稳定工作范围的作用,各参数间存在最优组合使喷气的扩稳效果最佳。     

高比转速离心压气机叶轮的设计及其三维流场分析

利用三维数值模拟计算(CFD)技术进行了100 kW微型燃气轮机的高比转速离心压气机叶轮的设计与内部流动的数值模拟与分析,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布。根据数值模拟分析,设计的100 kW微型燃气轮机高比转速离心压气机叶轮具有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,可以满足微燃机总体设计对压气机的要求。流道内存在复杂的跨音速流动现象。在下一步工作中,有必要优化设计叶轮几何型线,提高压气机效率。     

压气机转子内流场的三维LDV测量

激光多普勒测速仪（LDV）的应用日益变得广泛，由于环境条件、物理和几何上的可达性以及流动的复杂性，使人们在每个具体应用中，需要对仪器参数合理地设置和实验装置全面地考虑．通过对一个轴流压气机转子尖区内流场的反复测试，比较精细的流动结构被揭示出来．这里所阐述的LDV测量技术，在其它方面的应用中，也具有一定的普遍意义．     

低速轴流压气机旋转失速先兆特征的实验分析

本文对低速轴流压气机旋转失速先兆特征进行了分析．观测到动叶进口处模态波型失速先兆沿周向的结构变化特征和相位移动特征；比较了不同转速条件下的先兆发展规律；采用改变节流阀速率的方法，观测了外部激励对模态波发展的影响；从实时捕捉失速先兆的目的出发，对失速前期低频信号的演化特征进行了分析．     

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。     

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。     

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．     

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．     

扩压形式对离心压气机性能影响

对采用无叶扩压器、叶片扩压器以及串列叶片扩压器的车用增压器离心压气机内部流动进行了数值分析,研究了不同扩压形式对压气机性能的影响。结果表明,低稠度叶片式扩压器在设计工况点附近可以有效提高压气机效率;串列式叶片扩压器则可以改善叶片扩压器流量范围减小的问题。在小流量工况下,气流角与设计工况不同,攻角增大,使得流动分离加剧,损失变大。通过调节叶片安装角可以减小气流攻角,改善压气机性能。基于本文研究结果,可以为全可调离心压气机的设计和调节策略的研究提供理论依据。     

单转子压气机设计状态和近失速状态出口三维紊流流场

用单斜丝详细测量了单转子压气机设计状态和近失速状态转子出口的三维素流流场。结果表明，设计状态叶尖泄漏涡和端壁附面层的掺混是造成尖部流动损失、气流阻塞和亲流脉动的主要原因。近失速状态流动三维性和非定常性较强；尖部吸力面角区轴向速度最低、相对动能损失最大；吸力面附面层径向潜移、叶尖吸力面角区低能团周向潜移及其输运的低能物质在尖部通道中部与叶尖泄漏流、泄漏涡、刮削涡发生掺混，造成尖部大范围的高损失区；根部和尖部吸力面阻面层局部发生分离。     

小波方法分析小流量喷气影响两级低速轴流压气机失速特性的动态效果研究

本文用连续小波变换和二维图像处理方法对三个不同角度的喷气试验数据进行了分析．通过对比分析，连续小波变换发现失速前转速频率成分的能量在两级动叶前的信号中出现波动现象，而这种波动的强度与喷射角有关；二维小波图像分析发现，压力场中相对于叶片通道而言的大尺度奇异性均在失速前呈波动性增强，这种波动以接近转子转速沿压气机周向旋转，喷射角度对失速前的奇异性及其波动程度有明显影响．一维小波方法和二维方法的结果相互对应，但二维方法更加具有优势．     

压气机叶片前缘楔形角对前缘分离泡的影响

在水洞内使用氢气泡流动显示方法研究环绕压气机叶片前缘的流动。实验结果表明,在前缘圆弧的下游有明显的分离泡存在。前缘圆弧半径相同而前缘楔形角不同的叶片,在同一工况下,前缘楔形角越大分离泡越小,流动分离越弱。     

风扇/压气机数值稳定性模型

本文给出了一种用于预测轴流压气机旋转失速发生的数值稳定性模型,并描述了模型的理论基础以及求解模型方程的方法。模型的建立基于线性稳定性理论的基础之上,通过特征值的虚部来判断系统的稳定性。一种全局性方法被用于求解离散系统的所有特征值。离散的方法包括二阶精度的有限差分方法以及切比雪夫谱配置的方法。计算结果表明,用这两种方法均可以得到准确的特征值,但是收敛的速度有所不同。另外,将文中的分析与实验进行了比较,结果表明实验中的失速点可以用这种模型进行合理的预测。     

不同进口畸变下低速压气机近失速状态非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法,对不同进口畸变条件下低速压气机近失速状态时,动叶顶部非定常流动特征进行了实验分析,从时间尺度和空间尺度,探讨了压缩系统对进口畸变效应的非定常响应机制。结果表明: 有畸变工况下,出现大尺度扰动型的失速先兆。