非平行壁面无叶扩压器失速的三维模型

为了研究离心压缩机系统内非平行壁面无叶扩压器的失速问题,提出了一种三维模型.首先采用强隐式方法（SIP）求解扩压器内的平均流动,然后采用奇异值分裂（SVD）方法求解离散后的线性化三维欧拉方程,得到了非平行壁面无叶扩压器失速时的临界流量系数和失速团相对转速.研究的非平行壁面轮盖型线包括单收缩型、先收缩后扩张型以及等面积收缩型.结果显示,无叶扩压器的轮盖型对临界流量系数和失速团相对转速都有重要影响,收缩型轮盖面可以有效抑制无叶扩压器失稳,对于较长的扩压器抑制效果更为明显.此外,非平行壁面无叶扩压器的失速临界流量系数还受到入口马赫数、扩压器出入口半径比的影响.     

离心压缩机无叶扩压器的三维失速模型

提出了一种离心压缩机系统内无叶扩压器失速的三维理论模型.该模型采用线性化的三维欧拉方程分析扩压器内的流体不可压缩流动,采用有限差分法和奇异值分裂(SVD)法进行求解,以预测无叶扩压器失速的临界来流角和失速团相对转速.结果表明,在三维情况下,无叶扩压器失速的临界来流角和失速团相对转速除了受到扩压器几何尺寸的影响以外,还受到扩压器入口流体平均径向速度的轴向分布的影响.与二维模型相比,三维模型所得到的预测结果与实验结果更相符.     

大宽度无叶扩压器旋转失速特征的数值分析

采用二维方法,预先给定扩压器入口的射流-尾迹分布,忽略边界层的影响,对一具有大宽度无叶扩压器进行了数值模拟;分析了扩压器长度、叶轮叶片数目等因素对失速的影响.计算结果表明:对于宽度不同的扩压器存在不同的失速机理,相关结论和文献结果的比较也证实了该方法的正确性.     

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.     

迷宫密封泄漏特性影响因素的研究

采用标准k-ε紊流模型和三维RANS方程求解方法,数值研究了密封间隙、压比、转速对典型迷宫密封泄漏特性的影响规律.计算分析了典型迷宫密封在3种密封间隙、4种压比和4种转速下的泄漏特性.研究结果表明:用相对流量系数(转动时的流量系数与静止时的流量系数的比值)与速比(周向速度与轴向通流速度的比值)的函数关系表征泄漏量随转速变化的规律时,存在一个临界速比约等于1.0;低于这个临界速比时,转速对泄漏量的影响不明显;高于这个临界速比时,泄漏量随转速的增大而减小,在很高的转速下(6 000 r/min以上),泄漏量至少减小了5.1%;相同间隙下,泄漏系数随着压比的提高而近似线性增加;相同转速下,随着密封间隙的减小,相对泄漏量逐渐降低.     

无叶扩压器优化设计方法

本文通过对径流式压气机无叶扩压器中气体一元可压缩流动的分析与研究,求解以损失模型为目标泛函和气体运动所满足的微分方程组为约束条件的最优化控制命题,使目标泛函达到极小。通过分析无叶扩压器出口半径对等熵效率的影响,在给定出口半径的变化范围内进一步选择最优出口半径,使扩压器在最优出口半径时,损失最小且等熵效率达到最高。文中还分析了各几何参数对无叶扩压器效率的影响,从而提出旋转扩压器的设想及理论依据。     

壁面局部振动的二维管内流动分析

通过求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对壁面局部振动的二维管内流场进行数值模拟,分析边界条件在不可压缩计算及可压缩计算情况下对壁面局部振动流动状态的不同影响.研究表明,在不可压缩计算情况下,总压入口条件相对于速度、质量流量入口条件限制少,壁面振动可同时影响振动壁面上、下游的流动参数.在壁面振动管道内,尽管马赫数Ma0.3,可压缩流体的流动现象是完全不同于不可压缩流体的.边界条件对于高频振动计算结果的影响比低频振动计算结果的小.因此,在模拟燃气轮机小幅高频振动叶栅的实际工程问题中,必须采用可压缩计算.在相对平缓、充分的入口段条件下,仍然可以采用常规模拟叶片绕流时的速度入口边界条件进行计算.     

压气机失速时转子前三维流动结构的实验研究

在一台低速轴流压气机实验台上测量压气机失速时转子前三维流场,测量范围从转子向前延伸到8倍弦长(或0.6倍机匣内径)上游,目的是考察整个失速流场结构,为研究失速团的保持和旋转机理提供丰富的数据支持.通过对壁面动态压力信号分析可知,该压气机失速过程中存在一个失速团,转速为转子转速的37.7%.使用新研制的全流向旋转五孔压力探针测量整个转子前三维速度场和压力场.从结果的S1流面内看,失速团内流动大体上分为正流区、偏转区、回流区和强剪切区.转子前缘附近的流体在30%叶高以上存在回流,并且存在较大的径向和周向旋转速度,其中叶尖附近失速团内流体的周向旋转速度明显大于前方来流速度.在靠近机匣壁面处,回流区一直延伸到转子上游的5.5倍弦长(或40%机匣内径)处.     

采用关联模型的离心压缩机喘振工况数值研究

为了研究管网系统特性对离心式压缩机喘振的影响,建立了包含温度项的关联模型,将管网效应耦合到压缩机出口的边界条件中,实现了压缩机系统从稳定工况到喘振工况的数值模拟。对一离心压缩机流道和无叶扩压器流场进行了非定常数值模拟,结合关联模型得到喘振时压缩机出口处压力及质量流量脉动随时间的变化情况,分析了管网容量、管网出口流量等管网参数对压缩机系统喘振的影响。模拟结果显示:所建模型能捕捉到喘振工况下压缩机出口的参数变化特征;随着管网容量的增大或管网出口质量流量的减小,压缩机出口流量、总压波动幅值增大,工况向喘振振荡特性转变;管网容量对失速频率影响较大,而管网出口流量的变化对压缩机的失速频率影响较小。该研究对进一步分析压缩机管网系统相互影响和喘振预测具有参考价值。     

姜桐的四篇学术论文分别在第四届亚洲流体力学会议和流体动力测量与应用国际会议上发表

<正> 我校副校长姜桐教授于1989年8月和10月分别在香港召开的第四届亚洲流体力学会议和在北京召开的流体动力测量与应用国际会议上发表了四篇学术论文:“计算叶轮内任意回转面可压缩流的一种方法”、“强后弯叶片离心风机无叶扩压器旋转失速特性的试验研究”     

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．     

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.     

向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟,并将计算结果与一元设计方法进行比较分析,以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性．     

无叶扩压器不同进口条件时流场的实验研究

使用智能型恒温热线风速仪,在离心式压缩机叶轮以某一转速旋转和叶轮静止不动静吹风的两种情况下,对离心式压缩机的无叶扩压器内流场进行了测量,并对测量结果进行了讨论和分析     

无叶扩压器内流场的热线测量

采用单斜丝和单直丝热线相结合多方位采样测量技术,在三种不同转速条件下,使用智能型恒温热线风速仪,对一小型离心式压缩机无叶扩压器内流场进行了测量．给出了三种转速时的时均速度、气流方向角和静压恢复系数的测量结果,并对测量结果进行了分析和讨论     

合成射流用于动态失速控制的数值模拟

动态失速是限制相关机械或飞行器性能的重要因素,因而对动态失速控制的研究具有重要的工程意义.以二维非定常可压RANS方程为控制方程,采用Jameson中心有限体积法,对攻角作α=15°+10°sin(ωt)变化的亚音速俯仰振荡NACA 0012翼型的流场进行了数值模拟,并对合成射流在此工况下的控制效应进行初步研究,分析作动器频率、射流动量系数及作动器位置对控制效应的影响.计算结果表明,加控制后能明显地提高最大升力、减少阻力.