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。     

一先进跨音速离心压气机叶轮内部粘性流动数值模拟

随着计算机和计算技术的发展，三元粘性数值计算被广泛地应用于叶轮机械内部流场分析，本文使用三元Ｎ－Ｓ方程对这一先进跨音速离心压气机叶轮内部流场进行数值模拟，一是对这一成功设计进行分析验证。二是使用数值方法进行内部流场细节的模拟掌握其内部粘性流动特点，为今后设计和改进高压比跨音速离心压气机提供经验。     

含分流叶片离心压气机时轮内部流场全三元数值模拟

本文使用Ｓ＿１／Ｓ＿２全三元送代计算和三元Ｎ－Ｓ方程解两种方法对含有分流叶片的Ｅｃｋａｒｄ离心叶轮内部三元流场进行了数值分析，并与激光测量值进行了比较。侧重分析了叶轮内部分离流动和射流尾迹区的形成和特点。     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

离心叶轮内部三维湍流流场的数值分析

本文应用ｋ－ε湍流模型在贴体曲线坐标系下结合ＳＩＭＰＬＥＣ算法对Ｇｈｏｓｔ离心叶轮内的湍流流场进行了求解。作者采用速度的阶变物理分量作为求解变量，在非交错网格上对单元体的界面流通量作特殊插值，以抑制不合理的波动压力场。计算结果与实测值吻合良好，揭示了叶轮出口的＂射流－尾迹＂结构和二次流分布规律，并对流动过程和出口流场进行了分析。     

带有涡流发生器的离心压气机内流动分析

本文采用数值计算方法对带有和不带有涡流发生器(Vortex Generator Jet,VGJ)的低速离心压气机叶轮内流动进行了数值模拟,分析了涡流发生器不同配置参数对压气机叶轮性能的影响,较为详细地揭示了叶轮内流动特性,数值计算结果证明了采用涡流发生器实现离心压气机叶轮内部流动控制的有效性.     

跨临界CO2离心压气机流场特性理论分析

就应用于跨临界二氧化碳(TCO₂)热泵循环中的离心压气机进行设计与数值模拟,使用MW级超临界二氧化碳(SCO₂)离心压气机的跨临界实验数据进行数值模拟方法验证,使用非线性谐波法进行非定常计算。发现大流量跨临界工况中流道内二氧化碳(CO₂)冷凝程度显著增加。叶顶间隙泄漏流为两相流,此部分流动会延伸相变区至下游叶片吸力面,影响主流流动。在TCO₂循环中给压缩机设置入口过热度可以显著减少冷凝现象。非定常计算中动静干涉现象会影响叶片尾部的压力分布,同时能更准确地识别出叶片扩压器中的回流涡。     

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。     

离心压气机顶部进口条件对叶轮内部流动的影响

对于带分流叶片的离心式压气机叶轮,在顶部边界层亏损和喷气等进口条件下对叶轮内部流场进行了CFD数值模拟,对比分析了进口喷气处理对改善内部流动、提高稳定性的机理。结果显示:在进口叶顶附近进行喷气处理时,顶部间隙涡流得到了有效地控制,且降低了间隙损失的发生,有助于提高流动的稳定性,但在下游区域这种作用逐渐减弱和消失。同时,进口条件的不均匀性对内流有一定的影响,精细的CFD分析应当计及这种因素。     

离心压气机楔形扩压器设计及改进方法研究

本文针对一总压比为11,质量流量为2.98kg/s的单级离心压气机进行了设计.其中扩压器为楔形扩压器,蜗壳为圆截面对称结构。通过数值计算得到其性能曲线和流场分布,探究了楔形扩压器进口安装角对压气机性能的影响,并对其叶型进行改进设计,最后为其匹配蜗壳得到整级的性能曲线.结果表明采用较大的正冲角、曲线轮廓楔形扩压器性能较高,改进完成后整级等熵效率为81.04%,压比为12.73.     

一个高压比离心叶轮的CFD结果确认

本文采用NUMECA的FINE/Turbo软件包数值分析了一个高压比离心叶轮的三维定常粘性流场。选用二阶精度的中心格式和Spalart-Allmaras的一方程湍流模型。通过与现有实验结果(包括性能曲线、外环壁静压和截面马赫数分布等)的比较对计算结果就行了详细的确认,同时讨论了网格密度和间隙尺度、以及不同的数据处理方法对计算结果确认的影响。     

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．     

计及几何参数变化的离心压气机特性分析

本文采用CFD软件对微型燃机的离心叶轮进行数值模拟,讨论了叶片数及分流叶片位置对叶轮性能的影响,并进行了流场分析。在本文研究的情况中,叶片数增加使得性能曲线左移,单个叶片载荷减小,损失增加,叶轮效率下降, 但是增压效果得到改善。分流叶片位置靠近主叶片压力面时,性能曲线右移,流通能力提高,同时会使分流叶片的载荷增大,当分流叶片靠近主叶片压力面时,则情况相反。     

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。     

离心压气机内部非定常流场的数值模拟

应用NUMECA软件对跨声速离心压气机级动静叶相互干涉形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线,不同时刻不同流向位置截面上速度沿流道宽度方向分布的变化曲线.模拟结果表明压力场和速度场的非定常特性主要表现在叶轮出口、径向间隙以及整个扩压器内.压力面上的非定常现象较吸力面上显著.     

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。     

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。