引气系数变化对涡扇发动机动态性能影响的数值模拟

采用变比热法及考虑部件的容积效应建立了涡扇发动机的动态仿真模型,模拟计算引气系数改变时对发动机动态过程的影响,结果表明引气系数变化会引起发动机性能参数的变化,引气系数增大会降低风扇的喘振裕度,增大高压压气机的喘振裕度。     

叶片前缘后掠对离心压气机性能的影响

设计了两个带楔形扩压器的离心压气机,一个为叶片前缘后掠,另一个为叶片前缘不掠式普通叶轮.分别对这两个离心压气机进行内部流场数值计算,比较了这两种压气机性能的差别 ,分析了前缘后掠对离心压气机的性能及内部二次流的影响.比较了19个扩压器叶片压气机与23个扩压器叶片压气机性能的差别.结果表明,叶片前缘后掠使压气机喘振裕度减小;在叶轮进口附近区域,两种叶轮二次流涡系有一定差别.     

高负荷离心压气机扩压器叶片前缘开槽参数化研究

针对离心压气机在近失速工况点运行时,扩压器进口气流角为正攻角,造成其吸力面发生流动分离,从而导致压气机发生失速甚至喘振等问题,为进一步扩大离心压气机的稳定工作范围,需对扩压器近失速工况点的流动分离进行抑制。以某高负荷离心压气机为研究对象,利用经过校核的数值模拟方法开展了扩压器叶片前缘开槽的参数化研究,详细探讨了开槽长度、深度对离心压气机性能、稳定裕度的影响规律,归纳总结了离心压气机扩压器的最佳开槽参数。研究结果表明:随着开槽深度、长度的增加,失速裕度有所提高但压气机性能有所下降;实际设计中开槽深度不应超过叶片高度的9%,最佳开槽长度不应超过叶片弦长的6%～12%;当扩压器开槽深度为叶片高度的3%、开槽长度为叶片弦长的6%～12%时,压气机性能最佳。扩压器开槽可有效抑制其通道内的流动分离,并提高压气机的失速裕度。     

叶片扩压器安装角对高负荷离心压气机流动及性能的影响

本文以某高负荷离心压气机为研究对象,运用三维粘性数值模拟方法考察了不同叶片扩压器进口安装角对离心压气机流动及性能的影响。分析结果显示,叶片扩压器进口安装角对离心压气机流动及性能影响很大,过小的安装角会造成流道堵塞,产生拉瓦尔喷管效应,使整级效率急剧降低。叶片扩压器在合适的安装角范围内,随着进口安装角的增大,压气机等熵效率变大,总压比升高,但工作裕度却逐渐减小。由此可知,叶片扩压器具体安装角的确定要根据效率、压比和工作裕度的综合考虑所定。     

级环境下离心压气机扩压器叶片气动优化设计

在级环境下采用人工神经网络和遗传算法在对设计工况下的离心压气机扩压器叶片型线进行了优化,并采用数值方法对优化前、后离心压气机级的气动性能进行了对比分析.结果表明:在设计工况下,优化后的叶片扩压器静压恢复系数提高了11.7%,总压损失系数减少了21.12%,离心压气机级绝热等熵效率提高1.64%,达到了86.01%;非设计工况下离心压气机的气动性能也有显著改善;优化后离心压气机级在设计转速下喘振裕度有所提高,阻塞裕度略有降低.     

带有孔式机匣的离心压气机非定常数值模拟

对半开式离心压气机提出了孔式机匣处理方式并对近失速点工况下的流场进行了非定常的数值模拟.分析计算结果发现,抽吸孔对叶顶区域的低能量流体有抽吸作用,造成叶顶区域尤其是叶顶间隙内对应抽吸口位置出现压力波动区域.抽吸孔内的抽吸气流重新进入压气机入口,不仅可以增大压气机入口的局部流量,而且具有时间和空间上的周期性,对压气机入口叶顶区域的流动形成周期性的激励,使得压气机入口叶顶区域的流动也具有周期性.孔式机匣处理方式主要影响的是压气机叶片顶端的剪切流动区域,干扰了叶顶间隙内的流动,造成压气机稳定工作范围的扩大.     

蜗壳通道面积对离心压气机性能的影响

为了探索离心压气机蜗壳通道面积对低比速离心压气机性能及内部流动畸变的影响规律,文章建立了某离心压气机三维仿真模型,对具有5种不同通道面积蜗壳的离心压气机进行了流动仿真。结果表明,蜗壳通道面积的变化导致了压气机整体性能的改变,并影响了其内部流场畸变。压气机的近堵塞点在蜗壳通道面积较小时流场畸变增大,部分叶轮通道出现超声速区域,压气机整体性能下降,堵塞流量明显降低。压气机的近喘振点在蜗壳通道面积较大时流场畸变增大,部分叶轮叶片前缘出现了大尺度回流,喘振流量增加。     

离心式压气机的叶轮结构与气流特性

分析讨论了离心式压气机叶轮叶片结构形状,对叶轮气道内和压气机壳中气流特性的影响,并提出改进叶片形状结构,使气道向流线型靠近,以提高离心式压气机的性能。     

叶端加不同小翼对Krain离心叶轮气动性能影响的数值研究

为了控制离心压气机叶顶泄漏流,以压比为4.7的Krain低速叶轮为研究对象,将叶尖小翼技术应用到离心压气机中,采用数值模拟对其性能进行分析研究。对3组不同间隙加装不同宽度的小翼,分析了小翼在不同间隙下对于压气机性能及失速裕度的影响,以及不同宽度的小翼对于叶顶泄漏量、泄漏涡结构及轨迹的影响。结果表明:小翼结构可提升压气机的失速裕度,且小间隙下小翼结构对失速裕度的提升效果显著,其中1.0倍宽度小翼的失速裕度增加了8.73%;小翼结构可有效减少叶顶泄漏量,在叶片靠近前缘或尾缘位置加装小翼改善效果显著,泄漏量与小翼宽度成反比关系;小翼结构使得泄漏涡运行轨迹向压力面移动,形成泄漏涡的位置更加远离前缘,泄漏涡强度减弱。     

回热器性能变化对燃气轮机影响的数值仿真

本文以某回热循环燃气轮机为研究对象,考察回热器总压恢复系数及换热系数变化对燃气轮机整机性能和稳定工作的影响,研究得到以下主要结论：回热器两侧总压恢复系数降低都使燃气轮机输出功率、效率以及压气机喘振裕度降低,冷侧总压恢复系数直接影响到涡轮通流能力,因此会严重影响到压气机喘振裕度;回热器两侧传热系数仅对燃气轮机效率有影响,传热系数降低时燃气轮机效率降低,且冷侧、热侧传热系数对其有同等程度的影响。     

超声速混压式进气道起动与质量吸除耦合设计

结合质量吸除方案,对超声速混压式进气道进行了起动耦合型面设计,并采用CFD数值模拟对进气道的总体性能进行了对比分析。研究结果表明该方案具有以下优点:1)可以提高进气道的总体性能;2)可以解决低马赫数下超声速混压式进气道的起动问题;3)可以改善高马赫数下进气道的气流分离特性。为大空域、宽马赫数工作的超声速进气道的设计提供参考。     

短周期风洞叶栅端壁换热试验研究

实验对短周期风洞中无气膜孔和带气膜孔时涡轮叶片端壁的换热做了实验研究,得出了无气膜孔端壁换热系数和叶栅入口雷诺数、出口马赫数之间的变化关系,另外得出了带气膜孔端壁在不同的叶栅入口雷诺数、出口马赫数、流量比时对换热系数的影响。实验结果表明：无气膜孔端壁上的换热系数分别在不同的叶栅入口雷诺数和出口马赫数下有着明显的变化;带气膜孔端壁上换热系数随流量比和叶栅入口雷诺数的增大而增大,而在低流量比时马赫数对端壁换热系数没有明显的影响。     

跨声速压气机转子与缝式机匣处理的动量输运

对使用半圆缝式机匣处理的跨声速压气机转子进行定常及非定常数值模拟,对转子叶尖间隙及机匣处理开口处的轴向动量进行计算,从动量输运的角度对转子叶尖及机匣处理之间的相互干涉进行分析.转子叶尖间隙处的时均动量分布表明,机匣处理减少了转子叶尖泄漏流逆主流方向的轴向动量,从而拓宽稳定工作裕度.机匣处理与转子叶尖的叠合率越高,泄漏流轴向动量最小值的轴向位置约靠近下游,且与处理缝后端的位置一致.通过对瞬时结果的分析,综合处理缝开口处轴向动量与叶尖流场,解释了在一个转子通过周期内处理缝开口瞬时轴向动量呈周期性变化的原因.     

船用柴油机增压器喘振的计算与特性分析

为研究压气机喘振的特点和影响因素,在现有船用四冲程柴油机仿真模型基础上,对压气机系统的模型进行改进,建立可以预测压气机喘振动态特性的仿真模型,提出确定压气机非稳定工况特性曲线的方法.柴油机在变工况下压气机发生喘振的仿真计算表明:柴油机的进气流通面积减小会造成压气机喘振,流通面积越小,喘振周期越短;空气流经压气机的时间延迟会影响压气机喘振的振幅,但不会改变喘振的周期;柴油机进气管的容积对喘振的振幅无影响,但会改变喘振的周期.计算结果和实验数据基本吻合.     

双S弯进气道锤激波动态特性研究

发动机喘振产生的瞬时高压引起的进气道内锤激波载荷是飞机进气道结构强度设计的关键因素之一。通过对飞行器进行内外流一体化非定常三维数值计算,分析双S弯进气道内锤激波三维流场非定常特性的演化过程,研究了不同马赫数,不同超压比对双S弯进气道锤激波载荷的影响。研究表明：锤激波经过进气道弯道时,弯道外侧流场压力远大于内侧;锤激波离开进气道入口后,进气道内流场经过数个周期逐渐恢复至初始状态;相同进气道反压时,来流马赫数越小,锤激波在进气道内部传播速度越快,且进气道内部压力系数峰值越大;相同来流马赫数下,随着超压比的增大,锤激波在进气道内部传播速度加快,进气道内部压力系数峰值增大。     

压气机可调导风装置出口流场的计算与分析

根据压气机喘振和阻塞发生的机理,运用CAD软件建立了压气机进气可调导风装置的几何模型,并对其进行网格划分.用CFD流体计算软件进行三维气动分析,得出可调导风装置出口的速度分布.通过与理想的速度分布相比较,从而调整几何模型和优化计算,获得最佳速度分布.在此基础上,制造出实体并进行了初步的压气机台架实验.结果表明,可调导风装置能够有效地延缓喘振和推迟阻塞的发生,扩大了压气机流量范围.     

二维扩压器叶片形线的神经网络设计

提出了一种人工神经网络方法,用于在给定叶片表面速度分布条件下,求解离心压缩机扩压器叶片形线的逆命题设计,所使用的神经网络具有４层前馈网络结构,在扩压器叶栅基本结构尺寸（如进出口直径,进出口安装角,高度,叶片数等）由气动计算公式确定后,人为均构造一定数量的叶片形状,通过现有ＣＦＤ分析程序,对其表面速度进行分析计算,将由此得到的叶片速度分布和叶片形状作为样本,采用标准ＢＰ算法对神经网络进行训练,实际平     

基于优化设计方法的超高负荷增压级气动设计

以某常规负荷先进三级增压性能参数为基准,尝试采用一种大弯度低损失叶型,进行超高负荷单级增压气动设计。应用基于遗传算法的优化设计方法,以设计点性能为指标进行转静子三维叶片设计,进一步调整转子叶片积叠线规律以提升稳定工作裕度。数值模拟结果表明:以设计点参数为目标进行优化设计可实现设计点高性能;对此超高载荷转子,叶尖前掠使得转子叶片的载荷后移,叶片前缘载荷降低,可增加转子稳定工作攻角范围,有效提升增压级的裕度;与原始三级设计相比,大弯度设计的单级增压级可达到原设计的压比和稳定裕度,效率明显高于原设计,并且与过渡流道匹配较好,验证了设计方法的可行性。