机匣处理对轴流式压气机性能的影响

一、前言 随着飞机飞行范围的扩大和发动机进口畸变流场的出现,要求压气机有足够的喘振裕度和抗畸变能力.机匣处理是增强抗畸变能力和提高喘振裕度的有效措施之一. 本报告介绍了一台三级超跨音速低压压气机在第一级转子外壁进行机匣处理的试验研究的主要结果.共设计并试验了四种处理机匣(小叶片扰流式、周向槽式、斜槽式和     

单级轴流压气机转子后尾迹研究

压气机转子后尾迹是压气机不稳定工作的根源之一,并从本质上决定旋转叶栅的损失. 我们用55 R 34弯头热膜和55M01热丝风速仪在亚音单级距叶片尾缘0.2b处,于5000、8232、10765及12700转/分四种转速下测量了速度尾迹.热丝信号输入记忆示波     

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。     

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。     

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。     

单级跨声速压气机旋转失速模拟方法

为了研究多排跨声轴流压气机旋转失速先兆的表现形式与失速演化规律,基于自主研发的CFD软件AS-PAC,通过发展动态重叠网格技术,流量出口边界条件以及节流阀边界条件,对单级跨声速压气机NASA Stage 35由近失速状态到完全失速状态的过程进行了模拟.结果表明,发展的数值模拟方法能准确地模拟多排压气机的旋转失速发展过程...     

单级跨音压气机非定常伴随气动优化

在多排叶轮机械中,动静叶干涉会在流场中产生强烈的非定常效应。公开文献中现有的多排叶轮机械气动优化设计均采用基于混合平面法的定常模型,无法考虑流动的非定常特性。本文采用课题组自行开发的多排叶轮机械非定常伴随气动优化系统,对某单级跨音压气机动叶进行了非定常气动优化设计,优化过程中采用谐波平衡法高效求解非定常流场和非定常伴随场。优化目标为降低压气机级的进出口熵增,同时限制流量和压比不低于原始设计,并控制叶片最大厚度的变化幅度。优化结果表明,本文伴随气动优化系统能够高效地对多排叶轮机械进行非定常气动优化设计。     

单级轴流压气机试验中压力测量的某些问题

本文对轴流式压气机试验中静压测针的选择进行了探讨,讨论中特别注意到流线的径向波动对测针性能的影响;讨论了气体压缩性对测针性能的影响,强调了按M数整理测针特性的重要性;在本文的第三部分,介绍了一种适于流线波动较大或有迴流区气动测量的新型测针——球面七孔测针,并着重讨论了它的标定方法。     

缺陷叶片对跨音速压气机转子气动性能影响

基于Hicks-Henne三维高阶延拓函数,提出了一种表征服役条件下由于积垢、腐蚀或磨损等因素造成压气机叶片表面几何缺陷的三维通用几何参数化建模方法,并以Rotor37为例,重点研究了叶片表面局部凸起缺陷对跨音速压气机转子气动性能和内部流动的影响。结果表明:叶片表面不同位置凸起缺陷的存在,使得Rotor37多变效率下降1.0%~1.3%;当表面凸起缺陷位于吸力面50%叶高、50%弦长附近时,激波诱导边界层分离现象明显加重,致使气动性能衰减更为剧烈。该研究对于深入认识服役条件下的压气机气动性能变化具有一定的理论价值。     

掠叶片对压气机叶栅流场性能的影响

研究叶片掠对某型涡扇发动机风扇导叶流场性能的影响。结果表明,掠叶片改变了压力场分布。后掠将增加端壁损失,加强角隅失速;前掠是降低端壁损失,减缓角隅失速的有效手段。掠角越大降低端壁损失的效果越好,但中部损失增加,存在对应最小叶栅损失的最佳掠角。此外还应选择小的掠高。     

进口流场畸变对压气机性能影响的试验研究

一、实验装置和参数测量 试验件 本试验压气机是F_1型机的低压压气机。第一级转子叶尖相对马赫数M_w=1.425,第一级平均级压比为1.586,级效率η_k~*=0.800,轮毂比(?)=0.386。第一级转子叶尖对应处,采用了机匣处理结构—小叶片驻室结构,沿圆周嵌装了255片小叶片,顺转子旋转方向偏轴线10°安装。     

离心压气机叶片前缘几何形状对性能的影响

本文采用数值模拟的方法研究了不同的叶片前缘几何形状对离心压气机性能的影响,研究表明:圆形前缘与钝头前缘相比能提高压气机的流通能力,并使压比和效率有明显的提高,但同时也会使得工作范围变窄,而椭圆形前缘会使得性能得到进一步的提高.流场分析显示,圆形前缘和椭圆形前缘可以减小叶片前缘造成的分离损失,并减小出口尾迹的损失,从而使得效率提高.采用圆形前缘和椭圆形前缘可以使得从分流叶片前缘位置往后的主叶片的载荷分布比较平均,使得主叶片和分流叶片的载荷分布比较合理,同时椭圆形前缘还可以使得分流叶片的做功能力增加.     

弯曲静叶时序效应对压气机性能的影响

本文实验研究了弯曲静叶栅时序效应对某低速轴流压气机性能影响.结果表明,两列静叶时序位置不同导致压气机效率发生显著变化,且变化幅度随流量增加而加大;设计点处,时序位置为4/18和12/18相对节距时具有最低、最高压气机效率,差值约为0.6%;最大流量处,时序位置为O/18和8/18时效率差值约为2.7%.出口流场测量显示,上游静叶尾迹被输运到下游叶列流道中不同周向位置并与该列叶栅不同区域低能流体的掺混是导致压气机性能随静叶时序位置不同而变化的主要原因.     

轮毂曲线对跨声速压气机转子性能的影响

本文对一台多级压气机进口级转子的四种不同轮毂造型进行了比较研究.通过三维数值模拟证明,不同轮毂造型对跨声速压气机转子的流场有明显的影响,从而影响转子设计点性能.研究结果表明:与传统的直线轮毂型线相比,凹形轮毂能够提高流通能力,提高转子的加功量,使得跨音转子的流量上升,根部流场改善,效率上升;凸型轮毂会降低流通能力,降低加功量,使得跨音转子的流量、压比、效率均下降;轮毂型线对子午流面产生的影响,主要体现在对激波位置的影响和径向流动的影响;在效率和负荷之间权衡,本文最终认为采用S型轮毂是一种比较合适的选择.     

间隙区域的流动结构对压气机气动性能的影响

以一单级轴流压气机实验台为研究对象,对其内部流动进行了全工况的数值模拟。数值计算结果与实验测量结果对比分析表明程序很好地预测出了单级压气机的总性能和基元性能。数值分析峰值效率和失速边界工况下动叶和静叶间隙区域流动结构的变化表明:随着压气机的运行工况由峰值效率点向失速边界点移动,动、静叶间隙泄漏涡向下游发展过程中产生的阻塞效应明显增强,该阻塞效应是导致压气机失速的主要原因。     

导叶调节对双级对转压气机性能影响的研究

本文以某双级对转压气机为研究对象,基于并行计算技术,用数值模拟的方法计算研究了进口导叶安装角对对转压气机性能影响规律,从机理上分析了设计流量下导叶调节对各叶排来流气流角影响,为对转压气机的进一步优化设计提供依据。计算结果表明:在现有计算机条件下,并行计算技术的采用大大提高了计算效率;进口导叶安装角对对转压气机性能有一定影响,当进口导叶向负方向调整时,转子1工作正攻角下,出口导叶工作于负攻角,压气机的增压比升高,效率基本不变,稳定工作范围略有增大。     

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%。     

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。     

粗糙度对压气机叶型性能影响的数值模拟方法研究

表面粗糙度对压气机叶型性能有重要的影响,但如何利用数值模拟方法还原粗糙度对叶型性能的影响规律仍是当前需要解决的问题之一。本文通过精细地设置叶栅对比实验,单独改变叶中区域特定位置粗糙度大小,从而得到了粗糙度大小对叶型性能的影响规律。以此实验数据为依据,分别通过改变湍流模型、壁面第一层网格高度、进口湍流度、等效沙砾粗糙度等参数,利用CFX数值模拟软件对粗糙度大小对叶型性能的影响展开了数值研究。结果表明,当叶表较为粗糙时,叶表边界层的发展状态对叶型性能有较大影响,所以数值模拟时应启用转捩模型而非全湍流设置。壁面第一层网格的高度应参考计算所选取的粗糙度大小。此外,在数值模拟时进口湍流度的准确获取也很重要。