弯掠翼叶轮内流压力场的计算机数值仿真

采用计量流线曲率和旋转流动的改进的曲率时间尺度k-ε湍流模型和Navier-Stokcs方程组求解，对宇宙航空弯掠翼型叶轮和对比用基准叶轮的内流压力梯度场进行了计算机数值仿真，分析了压力梯度场的变化规律及其作用机制．仿真结果表明：弯掠叶轮数值仿真必须选择计量曲率和旋转影响的改进湍流模型；弯掠翼型形成的C型压力梯度场有益于抑制低效流；可以通过移动积迭点位置调整压力梯度以控制内流场．     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用．     

空间傅里叶分析在离心叶轮失速信号识别中的应用

在叶轮失速流场中,由于小流量工况下回流而导致部分通道阻塞,单通道计算无法真实反映失速发生过程,因此为了识别离心叶轮失速信号,首先采用数值方法对Eckardt离心叶轮设计工况和失速工况实施全通道非定常流场计算.对比分析设计工况和失速工况三维流场流动涡分布,离心叶轮由于径向折转和叶片扭转,在设计工况下就存在低速二次涡,而失速工况下在入口存在4个对称分布的通道涡,造成叶轮阻塞并导致失速.进一步采用空间傅里叶分析方法对不同叶高、不同流向位置周向压力信号进行定量分析,结果表明:(1)设计工况下流道中仅存在受叶片通过影响的20阶扰动,而失速工况下4阶扰动振幅最大,并存在振幅逐渐减小的倍数阶扰动,即此时叶轮中存在4个失速团;(2)引起叶轮失速的流动涡首先出现在入口近叶顶区域,导致叶轮入口阻塞,并逐渐发生涡脱落、破碎进而形成新的流动涡,并向流道下游移动;(3)通过对振幅最大的4阶扰动相位变化分析,得到失速团周向运动速度约为0.62～0.73倍叶轮转速.最后通过与不同流向位置静压信号时间傅里叶分析结果对比,确定空间傅里叶分析能准确识别叶轮中失速团个数及周向传播速度,可有效应用于失速信号识别和进一步对叶轮流场失速信号的实时监测、主动控制和优化设计.     

弯掠动叶气动—声学优化设计及实验研究

给出适于工程计算的弯掠动叶气动－声学优化设计方法，总结归纳了亚音速弯掠动叶的弯掠角方向、弯－掠角度值、叶片重心型线联线以及加功量沿径向分布等主要结构和气动参数的合理选择。根据优化设计方法，加工了３个叶轮（周向前弯动叶叶轮、轴向前掠动叶叶轮及径向动叶叶轮）。实验结果表明：弯或掠动叶叶轮气动－声学性能均优于径向动叶叶轮，并且周向前弯动叶的稳定工作范围扩大２０％以上，同时验证了优化设计中所讨论的结构和气     

驼峰区内混流式喷水推进泵失速状态判别研究

为了对混流式喷水推进泵的驼峰区内失速状态进行判别,捕捉失速涡的位置、形态、尺度,基于RNG k-ε湍流模型对混流泵多工况下的内部流场进行数值计算。研究结果表明:伴随着旋转失速在叶轮流道内产生,混流式喷水推进泵扬程、效率皆呈现大幅度下降,能量损失严重;在叶轮进流面流动分离、出流面回流、旋转失速的综合作用下,混流式喷水推进泵在0.3Q_(des)～0.8Q_(des)的扬程曲线都呈现驼峰区特性;依据过流参数、内流特性、压力分布等评判指标对驼峰区各工况流动特性进行判别,明确了各工况下所对应的失速状态;通过捕捉初始失速工况下的失速涡,发现其紧附在叶片后缘吸力面侧,横跨整个叶轮流道,并有向下游叶片前缘延展趋势;失速状态下的来流在受到失速涡的卷吸效应及堵塞作用下,流动路径呈现多次偏折,部分来流在失速涡堵塞效应及泄漏流冲击的共同作用下,最终流向下游流道。     

前缘弯掠(扭)斜流转子叶尖脱落涡的PIV研究

应用PIV技术测量了一开式前缘弯掠(扭)斜流转子的叶尖脱落涡的结构及其发展演化趋势,测量结果表明,叶尖脱落涡产生于叶片顶部区域,沿着一条与转子旋转方向相反的斜线向下游发展．叶尖脱落涡的强度随叶轮转速的提高而增强,随背压的提高而减弱,当背压增加到一定程度时,叶尖脱落涡消失．实验结果为前缘弯掠(扭)斜流转子在大型中央空调室外机上的应用和优化设计及其降噪提供重要的内流实验数据．     

前掠翼与后掠翼布局流动机理的数值研究

采用三维N-S控制方程和标准k-ε模型,计算了前掠翼和后掠翼模型的气动特性,比较了各自的优势和不足,并通过流场显示分析了其流动机理。研究结果表明:小迎角下后掠翼的升力系数较高,大迎角下前掠翼的失速性能较好,其根源是展向速度的方向相反。后掠翼过早的翼尖失速是导致失速迎角较小的原因。而前掠翼之所以具有良好的大迎角性能,是由于其机翼根侧缘涡和翼尖前缘涡相互作用,对机翼产生上吸力,带来涡升力并且增强了对机翼表面流动的控制能力。前掠翼的流动机理可为先进飞机布局的设计提供理论依据。     

压气机旋转失速数值模拟和流动显示

在压气机气动设计中,目前正大力开展的新技术是采用主动控制技术来提高压气飞机的旋转失速裕度;利用涡雾法对叶轮机叶栅流动进行数值模拟和计算机实时流动显示,从而揭示旋转失速的产生、发展和传播的机理和规律,为研究采用主动控制技术提高旋转失速裕度提供理论依据和指导,数值实验表明这种方法可模拟出旋转失速的产生、发展和传播的整个过程,并可正确地计算出旋转失速的传播速度。     

整体涡旋流畸变下的压气机失速机理分析

为了研究跨声速压气机在整体涡旋流畸变下的失速机理,采用数值仿真方法对Stage35进行了整级数值模拟,研究了叶片通道流场中触发压气机失速的关键因素,分析了不同转速下,叶顶泄漏涡和径向涡在旋流畸变条件下的变化情况。结果表明:同向整体涡能抑制叶背流动分离,使径向涡体积减小,叶顶泄漏涡减弱,叶顶通道堵塞程度减小,压气机稳定裕度增大;出现反向整体涡时,叶背气流分离加剧,径向涡体积扩大,低转速下,泄漏涡增强,堵塞区面积增大,高转速下,泄漏涡变化不大,但径向涡体积扩大引起流体向叶尖堆积,形成大面积的吸力面尾缘低速区,更容易导致压气机失稳。     

叶片前缘倾掠对离心叶轮气动性能的影响

为了研究叶片前缘倾掠对离心叶轮气动性能及稳定工况范围的影响,在叶片前缘处沿子午面弦长方向进行叶尖前掠、叶尖后掠、叶根前掠、叶根后掠,实现了4种不同的叶片前缘倾掠。研究结果表明,对跨声速离心叶轮,叶尖前掠和叶根前掠可提高叶轮最高等熵效率和压比;叶尖后掠对叶轮等熵效率影响很小,但可降低叶轮压比;叶根后掠使叶轮等熵效率和压比均有所降低。同时,叶尖前掠和叶根后掠可提高其失速裕度,叶尖后掠和叶根前掠则可减小其失速裕度。为了便于比较,还研究了一个亚声速叶轮。研究发现,与跨声速叶轮相比,叶片前缘倾掠对亚声速叶轮的等熵效率和压比影响更小,但对失速裕度的影响和跨声速叶轮相似。对跨声速叶轮,叶尖前掠是提高其等熵效率、压比和失速裕度的一种有效方法。