叶片表面粗糙度对压气机特性影响的研究

叶片表面粗糙度的改变,将引起增压能力、效率和流通能力的改变。利用流场仿真技术,研究压气机在不同的转速和粗糙度下,性能的变化。结果表明,当压气机叶片表面粗糙度降低时,压气机的增压比和效率显著提高,叶片表面激波强度减弱,总体性能得到提高。     

叶片难抛光区域粗糙度对压气机性能的影响

研究压气机转子中叶片叶顶、叶根倒圆、下端壁这类难以自动抛光区域的表面粗糙度对转子气动性能的影响规律,旨在为叶片抛光加工表面粗糙度目标的制定提供指导.基于计算流体动力学(CFD)对跨音速转子rotor37进行气动计算,分析了98%阻塞流量工况不同转速下各部位表面粗糙度对转子的损失系数和出口总压的影响规律.结果表明,在设计转速下,叶片各部位的表面粗糙度增加均使转子损失增加,叶顶的表面粗糙度使出口总压升高,而叶根倒圆和下端壁表面粗糙度使出口总压降低;表面粗糙度15μm是一个转折点,大于15μm时表面粗糙度对气动性能的影响程度开始变大;下端壁表面粗糙度对性能的影响最大,在60%设计转速下,下端壁表面粗糙度使损失降低,但是在80%和100%设计转速下,则使损失增加.     

几何参数变化对离心压气机性能的影响

以某离心压气机为研究对象,依据一维平均流线法计算了不同换算转速下的特性,获得了具有较高参考价值的性能曲线。为了进一步匹配不同换算转速下的几何参数,分别优化分析了叶轮叶片出口角、导流叶片进口预旋角以及叶片扩压器安装角等参数对离心压气机性能的影响。结果表明:后弯叶片角度提高10°,100%转速下压比降低最多达9.9%;90%转速下最高效率降低最多达1.5%。前弯叶片角度提高10°,90%转速下压比提高最多达7.4%;80%转速下效率降低最多达1.4%。进口导流叶片预旋值的调节对设计转速下峰值效率影响不大,其值在以5°为梯度由正到负的变化过程中,压比逐渐升高且较原始值最大改变量多达2.7%。叶片扩压器安装角在±8°为梯度调节时,设计转速下压比最多有2.7%的下降量,峰值效率点变化不明显。     

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.     

壁面粗糙度对轴流压气机气动性能的影响

以某典型压气机级为研究对象,利用三维数值模拟方法系统、定量地研究了壁面粗糙度变化对轴流压气机气动性能的影响,揭示了壁面粗糙导致压气机性能退化的内在机制。结果表明:壁面粗糙度增大会降低压气机总压比和等熵效率,且粗糙度越大,性能衰退越快;当壁面粗糙度超过90μm时,压气机的总压比和等熵效率分别下降2.58%和7.15%;近壁区气流的黏性耗散,分离区气流掺混、堵塞的增强,以及激波损失是导致压气机性能退化的主要原因;壁面粗糙度增大将使压气机特性线向流量减小的方向移动,近失速点的特性参数减小得更快,压气机的稳定工况范围有所增大,但通流能力大幅降低;当壁面粗糙度超过150μm时,失速工况提前发生,压气机稳定工作范围迅速减小6.21%。     

航空发动机压气机性能衰退影响因子定量分析

定量分析压气机性能衰退将能确保航空发动机安全运转与及时换发。针对压气机长期运行引起的叶片积垢及叶尖间隙增大等典型衰退机理,引入衰退因子,从压气机原理角度构建不同转速下叶片积垢和叶尖间隙增大的压气机性能衰退定量分析模型。结果显示:随着转速的增加,两种衰退因子引起的压比和效率误差从16.3%、19.4%下降到4%、5%以内,而两种因素共同作用引起的压比和效率误差从17.6%、21.6%下降到5%、6%以内。对模型计算结果进行相关性分析与实测结果吻合,证明了本模型能较好地模拟压气机的衰退状况,对多转子涡扇发动机的研究具有一定指导意义。     

两个离心压气机叶轮的设计与性能比较

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统,设计了两个不同子午形面和叶片角的离心压气机叶轮.对这两个离心压气机叶轮内部流场进行了三维粘性计算,给出了计算结果.计算结果表明,在一定范围内,降低叶片轮缘-轮毂方向的负荷可以提高叶轮效率,后加载方式可以改善离心压气机叶轮性能.叶轮进口尺寸相同的情况下,子午形面和叶片角的变化对叶片负荷分布有较大影响.     

矿用对旋风机气固两相流磨损特性

为探索对旋风机在矿井含尘环境中叶片的磨损情况,以及颗粒长久性磨损造成叶片表面粗糙度增加的后果,基于SST k-ω湍流模型和Finnie磨损模型,利用多相流求解技术对FBD No.6.3矿用对旋式局部通风机进行气固两相流数值模拟,分析不同颗粒浓度和粒径条件下叶片磨损分布特征,探究叶片表面粗糙度对风机内部流场和整机性能的影响。结果表明：气固两相流场内颗粒浓度对叶片磨损率的影响较大,磨损率随浓度的增加而增大;叶片表面粗糙度的均匀和非均匀分布形式导致前缘和尾缘不同程度的能量耗散,在进行对旋风机气固两相非定常流动特性的分析时,应采用粗糙度非均匀分布的方法真实反映叶片粗糙度变化的影响;风机性能随叶片粗糙度的增大而降低,大流量工况下的影响更为显著,但随工作时间的增长,叶片表面粗糙度均匀性提高,流场恶化情况减缓。因此,适时修复或更换磨损叶片,有利于风机安全高效运行。     

机匣引气再循环拓宽压气机工作范围的仿真研究

高压比离心式压气机高效率工作范围窄,喘振裕度低。为了拓宽其高效工作范围,将机匣引气再循环技术应用于高压比离心式压气机。采用数值模拟方法对其进行仿真研究,对各结构尺寸对压气机性能的影响进行对比。结果表明,引气再循环系统使该离心压气机各转速下稳定工作范围平均拓宽13%以上,喘振裕度最大增加11%。抽吸槽与分流叶片的距离在引气再循环结构尺寸中对离心压气机性能影响最大,其次是抽吸槽的宽度,其余结构尺寸对其影响较小。引气再循环使压气机叶轮入口相对马赫数分布更加均匀,减弱叶片前缘局部高马赫数的现象,使叶片入口正攻角减小,抑制了叶片表面边界层的分离。     

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。     

电驱动离心压气机叶型分析及设计

通过分析基于电机驱动压气机的性能要求和工作特点,得到可运行于低转速范围下的高效电动压气机叶轮设计策略.对比普通车用涡轮增压离心压气机叶轮J90和电动压气机叶轮JE90以及分析两种不同应用场合的叶轮的子午流道外形、叶片角分布和叶片载荷分布等存在的差异,得到低比转速电动压气机叶轮叶型的几何设计规律和策略.结果表明:优化子午流道外形可以改善流动情况,减小二次流损失;分流叶片后掠可以增大失速裕度和稳定工作裕度,叶轮尾部叶片角分布中可以选择较小的出口叶片角以提高其做功能力,加大吸力面和压力面的载荷差距,即压差更大可增强对空气做功能力;主叶片厚度最大值不宜过大且保证在中间跨度的厚度分布均匀.      

磨削参数对硬质合金刀片圆弧表面锯齿的影响

为了控制硬质合金刀片圆弧刃处的表面质量,通过分析单颗磨粒与工件的接触长度和最大未变形切屑厚度的关系,建立了其磨削力学模型.基于正交试验的方法,对该硬质合金刀具进行不同磨削参数的加工实验,并采用VHX-600超景深光学显微镜等观测仪器对刀具圆弧面的锯齿深度和表面粗糙度进行观测.结合圆弧刀刃的磨削力学模型和实验加工结果,并基于锯齿成型机理分析了不同磨削参数、刀片材料以及结构等对刀片圆弧的锯齿及粗糙度的影响规律.结果表明,提高砂轮转速、降低圆弧转动速度、减小磨削深度、控制刀片材料的质量、合理设计刀片结构可以提高刀片圆弧处的表面质量,提高刀具的耐用度.砂轮磨削圆弧转动速度为24 m/s、圆弧转动速度为8 °/s、磨削深度为0.05 mm时磨削效果较佳,可以获得较小的磨削力、锯齿深度及表面粗糙度.     

压气机叶顶间隙变化规律及对气动性能的影响

以大涵道比涡扇发动机系列的十级高压压气机为研究对象,在压气机部件、核心机及整机平台上详细开展了压气机叶顶间隙变化规律及其对气动性能影响的试验研究,同时结合叶顶间隙对跨音级、高亚音级和低亚音级的仿真验证,得到了压气机不同级对叶顶间隙的性能敏感区,进而揭示了叶顶间隙影响多级压气机整机性能的机理。结果表明:不同尺寸的压气机叶顶间隙变化规律具有一致性,经验证主要和离心力及温度场相关。间隙增大后压气机设计转速下的流量压比特性和流量效率特性均整体下降,尤其后面级间隙对气动性能有显著影响。随着叶顶间隙的增大,压气机的跨音级因叶展较高叶顶间隙与叶展比较小,未出现效率突降的情况,但是后面亚音级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在后面级即亚音级,使得压气机典型工况的效率和裕度均有所下降。     

刀具磨损对表面粗糙度的影响与对策

镍基合金材料在600℃以上高温中具有高强度,抗氧化性及耐腐蚀性的优良性能,常常用于航空,核电等重要领域。在对其切削加工时,一般采用冷风切削技术。也就是在对镍基高温合金材料等类似工件材料切削时,使用-30℃-60℃的低温冷风喷射到切削区,同时使用微量的植物油代替润滑剂,达到控制高速切削时切削区温度的目的,从而有效减小刀具刃的磨损,进而减少表面粗糙度。本文阐述通过设置不同的切削实验条件,对高温合金材料进行高速切削,分析不同条件下刀具刃磨损情况,并就刀具磨损的深浅程度对加工件表面粗糙度的不同影响进行分析。     

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。     

轮廓度与扭转角偏差对压气机气动性能的影响

压气机叶片实际加工过程中,会出现叶片轮廓度、扭转角等加工超差,对压气机气动性能产生影响。采用S1流面计算和三维数值计算的方法分别研究了轮廓度及扭转角偏差对亚音速压气机气动性能的影响,计算结果表明:轮廓度增大,叶型最小损失值增大;堵点流量逐渐降低,轮廓度为0. 08 mm时,堵点流量减小了1%;峰值效率逐渐降低,但降低幅度较小。扭转角偏差对性能的影响来自于前缘偏转对进口喉道面积与尾缘偏转对叶片出口气流角的改变;扭转角偏差对叶型最小损失值影响不大,±0. 35°扭转角偏差范围对叶片的低损失攻角范围影响较小;扭转角向前缘打开方向增大,流量-压比特性线向右上方平移;扭转角向前缘关闭方向增大,流量-压比特性线向左下方平移;扭转角偏差0. 35°,最大流量减小了0. 67%;扭转角偏差对峰值效率点的影响微弱。     

基于响应曲面法电火花线切割回转零件实验研究

以低速走丝电火花线切割加工回转铜钨合金(CuW70)试件为研究对象,采用Design-Expert软件设计Box-Behnken实验,利用响应曲面法分析得出不同速度参数对工件表面粗糙度及材料去除率的影响规律,并得出兼顾加工效率与表面质量的最优工艺参数组合.结果表明,速度参数对表面粗糙度影响的主次关系为工件转速>进给速度>走丝速度;对材料去除率影响的主次关系为进给速度>工件转速>走丝速度.多目标参数优化得出:当工件转速为46r/min,进给速度为1.0mm/min,走丝速度为45mm/s时,表面粗糙度达到0.882μm,材料去除率达到0.625mm³/min.