超高压比离心压气机失速机理探究

喘振和旋转失速代表着通过压气机有序流动的崩溃,是对所有类型压气机性能的固有限制.本文以超高压比离心压气机为研究对象,通过全环数值模拟捕捉失速起始至发展为稳定旋转失速的动态过程.研究发现:在此超高压比离心压气机内,径向扩压器进口为超音速来流并在喉部形成强烈的激波,节流过程中气流攻角逐渐增大,造成了严重的激波附面层分离现象...     

离心叶轮与无叶扩压器的多相位动态测试分析

离心压缩机在小流量下出现的非稳定流动现象影响着整机的性能和稳定运行范围。针对一台带无叶扩压器的离心压缩机,在盖板不同径向位置(叶轮入口、中后部、出口无叶区和扩压器入口)处周向布置4排动态压力测点,从设计工况到喘振过程中各个阶段的压力场均被详细测量。通过多相位动态测试技术,捕捉到通道内非稳定流动现象发展与传播的全过程,得到失速团的周向模态和传播速度等特性参数;同时,根据多相位数据关联,得到沿流动方向的旋涡产生信息,确定了失速产生的初始位置。该测试有利于进一步说明离心压缩机内流动失稳现象产生的机理,对压缩机扩稳技术也具有很强的指导意义。     

周向非均匀人流/出流条件下无叶扩压器敏感性分析

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压器r-θ平面的二维稳定性分析方法,获得了流动失稳的直接全局模态;然后基于伴随方法获得了对应最不稳定特征值的伴随全局模态,结合直接与伴随模态构建了流场特征值的结构敏感性。最后考虑了射流-尾流流动结构,以及蜗壳非对称几何结构的影响,分别对周向非均匀入流/出流条件下的无叶扩压器流动进行了稳定性与敏感性分析。分析结果表明机匣侧出口回流对无叶扩压器全局稳定性具有关键作用;在无蜗壳时,射流-尾流结构对于全局稳定性的影响主要体现在失速团个数,而对失稳机理的影响较小;蜗壳的非对称结构导致流场重新分布,在距离蜗舌顺时针90°~135°位置出口壁面回流与入口回流相互作用,是诱发失稳扰动产生的主要因素。     

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。     

旋转失速和喘振的统一模型

一、前言 旋转失速和喘振是压气机工作不稳定的两种典型性态。早在1955年Emmons等人已通过实验揭示了这两种不稳定工作的实质并提出了说明其机理的流动模型。但对这两种不稳定性态的相互关系没有进一步的揭露,长期以来停留在旋转失速是喘振的起源和先导这一假定上。本文倾向于翼型分离导致周向自激振荡和轴向自激振荡并发的论点,并提出了支持这种论点的流动模型。     

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。     

旋转总压畸变对压气机稳定性影响数值模拟

本文利用发展的预测轴流压缩系统动态失速特性及进气非均匀性影响的理论模型,系统计算分析了进气总压畸变旋转频率对下游压气机稳定性的影响。计算结果表明进气总压畸变的幅值和旋转频率对压缩系统的动态失速特性和稳定性都有强烈的影响,旋转频率对旋转失速边界和喘振边界的影响类似。但是,系统的"危险"响应频率强烈地依赖于其旋转失速的传播频率。该模型理论上是先进的,而且计算结果与现有实验数据的比较表明该模型是可靠的。     

叶轮机械内部不稳定流动现象的研究

叶轮机械的内部流动的不稳定现象-喘振与失速,不但影响了叶轮机械的性能,而且限制了叶轮机械的运行范围．本文采用了混沌理论的SVD(Singular Value Decomposition)方法,通过构造相空间的轨迹图(Phase Portrait),分析了离心压气机的失速和诱导轮(Inducer)的气化过程的不稳定现象．结果表明．SVD方法可以用来分析叶轮机械的不稳定现象．     

扩压器叶片前缘开槽结构对高负荷离心压气机性能影响研究

离心压气机在小流量工况下,扩压器叶片进口气流为正攻角,其吸力面产生流动分离,恶化压气机性能从而诱发失速。为改善近失速点扩压器内部的流场,拓宽离心压气机的稳定工作范围,本文对扩压器叶片前缘进行开槽处理,采用经过校核的RANS方法探究不同开槽结构对高负荷离心压气机的性能影响及内部流动机理。研究发现:近失速点原型扩压器的压力面和吸力面两侧同时存在大范围的流动分离,本文研究的直槽和斜劈型2种开槽结构均能有效地抑制扩压器通道内的流动分离并提高压气机的失速裕度。但随着开槽深度和长度的增加,斜劈型开槽结构会恶化扩压器通道内的流场,致使压气机性能急剧降低。     

可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究

本文以某燃料电池车用高速小型离心压缩机为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX,分析了70000~100000r/min不同转速下,从阻塞到喘振流量范围内,低稠度扩压器叶片安装角分别为10°、15°、20°、25°时,离心压缩机的级性能变化,并与无叶扩压器进行对比。数值结果显示,低稠度扩压器提高了静压恢复系数,扩压器内径向方向和叶高方向减速均匀,流动损失小。可调安装角的低稠度扩压器可在各转速下较无叶扩压器提高约8%的流量范围,并且能在各工况提高至少压缩机4%的压比及等熵效率。通过分析各工况下压缩机比转速、扩压器进口冲角和叶片安装角之间的关系,基于响应面模型给出进口冲角和叶片安装角相对比转速的多项式,为可调低稠度扩压器的实际应用提供研究基础。     

离心压气机低稠度串列叶栅扩压器流场数值分析

1前言无叶扩压器有宽广的工作范围，但其压力恢复系数低；有叶扩压器可以得到较高的压力恢复系数，但工作范围会变小。低稠度叶栅扩压器取消了喉口，这样就解决了大流量时喉口堵塞问题。1981年文献山第一次提出了低稠度叶栅扩压器的概念，而后文献问以及文献门做了进一步的工作。文献间的实验证明使用串列低稠度叶栅使扩压器压力恢复系数比无叶扩压器在设计点提高15％，在低流量区提高40％，级效率在100～7O％流量范围内提高4O～IO％。为了进一步了解低稠度串列叶栅扩压器内部流场及其工作性能，掌握低稠度串列叶栅扩压器内部流场分析计算…     

无叶扩压段型线对离心压气机性能的影响

本文设计了无叶扩压段轮盖侧型线,并采用CFD软件数值模拟了采用两种不同轮盖侧型线结构的离心压气机级．分析了无叶扩压段内部的流动结构和熵的分布．计算结果说明无叶扩压段轮盖侧型线对上游叶轮、下游叶片扩压器以及离心压气机级性能有较大影响．     

二次喉道扩压器对COIL的影响实验

 氧碘化学激光器分别采用二次喉道扩压器和8°扩压器时，对在不同阀门开度下的气流方向的壁面静压曲线和背压曲线，光轴壁面静压曲线，出口总压与上游压比值曲线，输出功率曲线进行了测量。对两种扩压器的数据进行了对比，结果表明：与8°扩压器相比，二次喉道扩压器能够有效隔离扩压器下游气流对光腔的干扰，显著减小捩区长度，并将转捩区控制在扩压器内。在激光器背压升高时，二次喉道扩压器的稳定性更强。     

室内粗糙表面声散射体掠入射角度散射估计

针对经典边界元方法对掠入射角度下的散射估计精度较低的问题,发展了一种边界无网格模型.此模型将散射体视为具有无限延伸的形式,避免了经典边界元法中薄板形式所导致的声压差问题,而且更加符合实际房间中散射体的存在形式;模型利用无网格算法实现数值仿真,可对任意表面形状特别是曲面散射体具有更高的仿真精度。利用边界无网格模型计算了不同形状散射体的散射系数及散射声场,并将结果与解析方法、测量实验进行了对比.对比结果表明,边界无网格模型可以准确预测散射体的散射性质,特别是对掠入射角度的估计要优于经典边界元法.研究结论可应用于室内声学散射体特征预测及优化设计,对提高声场扩散及室内音质水平具有重要意义.      

有叶扩压器的流场分析

本文利用计算流体力学通用软件了进行离心压气机扩压器的初步设计工作。参照有关文献[1~8]中的设计公式,本文进行了以下几种扩压器的几何造型和数值计算: (1)双圆弧中心线机翼型叶片扩压器; (2)楔形扩压器;(3)用优化程序设计的扩压器,给出了各扩压器造型在给定边界条件下流场的马赫数、静压、总压的分布,计算出各扩压器造型的静压比和总压恢复系数。最后对设计的扩压器与叶轮一起连算,以取得更接近实际情况的计算结果。通过对计算结果进行的分析比较,得到了离心压气机扩压器设计中有价值的初步性结果,为进一步的设计提供了改进途径和相应的基础数据。     

1+1/2对转涡轮应用中的关键技术问题

本文对1+1/2对转涡轮应用的关键技术问题进行了探讨。分析表明,出功比SWR是衡量1+1/2对转涡轮技术 难度的特征参数。增加高压转叶出口气流角和马赫数是降低出功比的两条现实途径。关于高压转叶与低压转叶非定常作用 的分析和理解将是1+1/2对转涡轮成功的关键。     

1+1/2对转涡轮叶排轴向间距对性能影响的研究

木文对1+1/2对转涡轮中轴向间距影响进行了初步研究。对不同轴向间距叶栅流场进行了大量时间精确模拟。研究表明,1+1/2对转涡轮高低压转叶间轴向间距成为追求高效率的制约因素,轴向间距为高压转叶喉部宽度是关键点。因此有关小轴向间距下强激波/叶排干扰的研究应该加强。     

Ternary and quadriphase sequence diffusers

A room acoustic diffuser breaks up reflected wavefronts, and this can be achieved by presenting a spatially varying surface impedance. In hybrid surfaces, varying impedance is achieved by patches of absorption and reflection, giving reflection coefficients nominally of 0 and 1. These surfaces are hybrids, absorbing some of the incident sound while diffusing any reflected energy. A problem with planar hybrid surfaces is that specular energy is only removed by absorption. By exploiting interference, by reflecting waves out-of-phase with the specular energy, it is possible to diminish the specular energy further. This can be achieved by using a diffuser based on a ternary sequence that nominally has reflection coefficients of 0, -1, and +1. Ternary sequences are therefore a way of forming hybrid absorber-diffusers that achieve better scattering performance without additional absorption. This paper discusses methods for making ternary sequence diffusers, including giving sequence generation methods. It presents prediction results based on Fourier and boundary element method models to examine the performance. While ternary diffusers have better performance than unipolar binary diffusers at most frequencies, there are frequencies at which the performances are the same. This can be overcome by forming diffusers from four-level, quadriphase sequences.     

1+1/2对转涡轮模型试验件气动设计

本文在小函道比涡轮风扇发动机范围内,由高、低压轴功率匹配及先前研究结果确定了可行的1+1/2对转涡轮设计目标,进一步对模型试验件展开了气动设计和叶片造型。尽管设计未在实现目标方面进一步努力,但结合先前工作,建立了实用1+1/2对转涡轮设计的理论和技术基础,揭示出设计中存在的困难,指明了解决问题的方向和未来用于继续提升1+1/2对转涡轮的关键技术。