叶尖间隙对小流量超音压气机级性能的影响

为研究叶尖间隙对级环境下压气机气动性能的影响,以带导叶的超音压气机级为研究对象,采用商用软件NUMECA对该压气机在转子叶尖间隙为0、0.3、0.6、0.9 mm时进行三维数值计算,分析了该压气机级气动性能及流动特点.结果表明:随着叶尖间隙的增大,转子叶尖处激波向上游移动;静子进口气流攻角增大,最终导致压气机稳定工作裕...     

组合压气机中尾迹与势流同频/异频干涉的叠加特性

为揭示多级压气机中上下游叶轮对中间叶片叠加气动影响特性,阐述不同叠加干涉情况下下游叶轮进气角度变化,采用数值方法模拟了一级轴流和一级离心组成的组合压气机非定常流场。详细讨论了上游动叶尾迹和下游动叶势流对中间导流叶栅段气流非定常流动的异频和同频叠加干涉特性,依据计算结果,直观地展示了静叶通道中两种干涉间相互激励和抑制作用的位置和时间,与数学公式的推导结果相互印证。研究结果表明:当上下游动叶对中间静叶段异频干涉时,干涉的激励、抑制区域的轴向位置随时间发生变化;当上下游动叶对中间静叶干涉频率相同时,干涉的相互激励、抑制区域的轴向位置不随时间发生变化,但干涉的激励、抑制区域的轴向位置受时序位置影响。另外,上游动叶尾迹与下游离心叶轮势流的不同叠加情况,决定着下游离心叶轮进口相对气流角的大小及波动幅值。      

轴流压气机叶栅动态失速现象研究

轴流压气机转子/静子交替排列,两套相对旋转的柱坐标系变换导致了叶栅进口攻角作周期性的脉动,即上游叶排尾迹诱导产生了下游叶排的动态失速现象.通过求解高精度非定常粘性可压Reynolds平均Navier-Stokes方程,清晰地捕捉到了动态失速涡的脱落过程与升力/阻力系数曲线的迟滞现象.研究还表明,合理组织攻角脉动频率与叶栅尾缘涡脱落特征频率的关系,能够提高叶栅的时均气动性能,为轴流压气机设计中的级间匹配问题提供了一个新的思路与途径.     

轴向间距对涡轮时序效应影响的数值研究

如何提高叶轮机械气动效率一直是人们普遍关心的问题.将研究时序效应能否用于提高涡轮气动性能.采用商业软件进行数值模拟,通过在一个栅距内改变第二级静叶相对第一级静叶的周向位置,移动转子相对位置,结果发现保持轴向间距不改变,转子居中时涡轮效率整体最高,且转子相对位置发生改变并不影响时序位置最大效率和最小效率点.分析涡轮非定常时均流场发现,时序效应主要影响第二级静叶出口流场,在叶尖和轮毂区,最小效率和最大效率时序位置均表现出较高的损失;然而沿第二级静叶径向,对应最小效率时序位置栅距平均的总压损失系数明显要高.说明静叶时序和转子相对位置都可以影响到涡轮气动性能,对涡轮优化设计能起到指导作用.     

静叶倾角对动静干涉声学特性的影响

为了有效降低航空发动机动静干涉噪声,采用试验和理论分析不同周向倾斜静叶与动叶干涉产生的气动及声学特性.对静叶倾角为-25° ~ 25°的声学测量结果表明,影响总声压级的主要因素为单音噪声,其中一阶单音占主导;在静叶倾角为-10° ~ 10°时一阶单音噪声占总声压级比例超过40%.通过对静叶倾角±25°及0°的数值计算分析可知,改变静叶倾角可以调整动叶尾迹相位分布,从而影响动叶尾迹与静叶的干涉效果,达到控制噪声的目的.后倾静叶要优于前倾,与试验结果一致.     

吸力面开槽抽吸对跨声速压气机扇形静子叶栅性能影响的数值研究

为探究附面层抽吸对跨声速压气机的气动性能及其流场结构的影响,以跨声速压气机的静子叶片为研究对象,通过数值模拟计算方法对压气机静叶吸力面开设抽吸槽进行相关研究.对比原型叶栅以及各抽吸方案可以发现:吸力面抽吸对抑制上角区分离效果明显,在降低损失的同时略微提高了扩压能力;当抽吸槽开设在靠近分离涡核心附近时,对角区的抑制最佳,而叶栅整体的总压损失降低了16.68%.利用进口导叶替代动叶营造近失速工况,在后续实验研究中,可以摆脱整级试验台高成本以及恶劣工况下的危险性等不利因素.     

补汽对透平级气动性能和静叶汽封转子动力特性影响的数值模拟

为了研究补汽对汽轮机通流部分气动性能和转子动力特性的影响,首先采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法,研究了无补汽和2种补汽工况下补汽对透平级气动性能的影响。在此基础上,以不同补汽工况获得的透平级静叶汽封的进出口气动参数为边界条件,采用多频椭圆涡动模型和动网格技术计算了静叶汽封的非定常气流激振转子动力特性系数。研究结果表明:补汽射流冲击下游静叶栅的叶根区域会造成旋涡流动,导致下游静叶栅的进口气动参数沿周向出现不均匀分布,透平级的气动性能随着补汽量的增加而下降;补汽射流改变了的下游静叶汽封的气动参数,使得预旋比由0.02逐渐增大为0.06、0.16,进而导致汽封的转子动力特性发生改变。该结果可为补汽对机组气动性能和转子动力特性影响的研究提供参考。     

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。     

叶片非均布对离心压气机气动性能及流动频谱特性的影响

运用数值方法,对采用不同叶片非均匀布置方案的离心压气机气动性能进行了分析,研究了叶片布置对压气机性能的影响.在此基础上,对压气机内部非定常流动进行了数值模拟.结合FFT方法对压气机无叶扩压器典型位置的压力脉动进行了频域特性分析,研究了不同叶片布置方案对无叶扩压器内的频谱与气动噪声的影响.结果表明,采用合理的叶片非均布式布置方案,可以在保持压气机性能不发生变化的情况下,有效降低离心压气机内部的压力脉动,从而起到抑制气动噪声的作用.     

非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响的数值研究

为探索非轴对称静叶在压气机中应用的可行性及其对畸变流场的改善作用,采用非定常数值模拟方法,研究非轴对称静叶对均匀和畸变进口条件下压气机性能的影响,并对流场结构进行分析.结果表明:非轴对称静叶可以改善静叶端区流动,降低损失;畸变条件下,非轴对称压气机最高效率和压比高于轴对称压气机;非轴对称压气机稳定裕度较原型压气机有所提升.     

Numerical Simulation of Rotor-stator Interactions in a Transonic Compressor Stage

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｏｔｏｒｓｔａｔｏｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｗｉｄｅｓｐｒｅａｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅｌａｓｔｆｅｗｙｅａｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙｎａｔｕｒｅｏｆｆｌｏｗｓｉｎｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ.Ｔｈｅｒｅａｌｆｌｏｗｓｉｎｓｉｄｅａｔｕｒｂｉｎｅｏｒａｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒａｒｅｕｎｓｔｅａｄｙａｎｄａｒｅｃｈａｒａ…     

多级轴流压气机嵌入级的试验与数值模拟

针对多级轴流压气机中复杂流场在数值模拟时存在计算精度的问题,以四级低速大尺寸轴流压气机为试验平台开展测试研究,并选取第三级带悬臂静叶的嵌入级,进行了与试验同一设计流量工况点的多通道定常和非定常数值模拟。试验与数值模拟结果对比研究表明,气流经过转静交接面时由于掺混损失造成总压降低;转静交接面对非定常计算得到的绝对气流角的影响可达2°,所以非定常计算的交接面位置的选取应在试验测量平面之后,以保证数值模拟的后处理截面与试验测量面一致。在叶中附近定常计算结果相较于非定常结果更接近于试验测量值,而在悬臂静叶近轮毂区域则反之,这表明非定常数值模拟方法相较定常方法可以更准确地模拟悬臂静叶轮毂附近的非定常流动。     

非轴对称弯掠静叶对畸变流场影响的数值研究

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、反弯、前掠、后掠静叶,构成不同非轴对称静叶造型方案,探究其对静叶流场的改善.结果表明:最佳反弯方案Nbow-0.5-10可使流场损失减小2.75%;前掠对于根部损失可起到较好的抑制作用;后掠对根部损失改善效果略逊于前掠,但有利于减小主流区的损失.     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

进口导流叶排角度对轴流压气机总压畸变的影响

对某三级轴流压气机,利用三维欧拉方程建立模型,采用体积力法进行计算仿真。研究分析IGV(进口导流叶排)对压气机进气畸变的影响,以及设计转速状态下改善畸变效果最好的IGV角度。计算结果表明：IGV可以有效改善流场品质,使压气机各截面的畸变参数都有所减小,例如三级转子进口的畸变角度降低了21.4％,畸变强度降低了10.2％；IGV起到了很好的整流作用,表现出了显著的减小畸变程度的能力；随着IGV角度的增加,畸变强度随之降低,当IGV角度达到临界值后畸变强度反而开始增大；设计转速下,IGV临界角度为45°左右,在此角度下改善畸变的效果最好。     

叶顶间隙变化对多级压气机性能影响的数值研究

运用三维黏性流动计算软件NUMECA,对某含动叶叶顶间隙和静叶叶根间隙的多级亚音轴流压气机的第七、八级共四排叶片所在流道进行了数值模拟.动叶叶顶间隙分别取为各自设计间隙的0倍、0.5倍、1倍、1.5倍和2倍5种不同间隙值,而静叶叶根间隙保持为设计值不变.计算结果表明,叶顶间隙的大小对压气机性能有较大的影响,随着间隙的增大,压气机的流量、效率、压比等性能呈明显的下降趋势.     

叶顶间隙对涡轮非定常气动性能的影响

为了分析动静干涉条件下叶顶泄漏流动对涡轮气动性能的影响,对某高负荷低压涡轮级进行了不同动叶叶顶间隙下的定常和非定常数流动的值模拟研究。结果表明:叶顶泄漏流动对上游静叶和动叶中、下部区域影响极小,影响范围主要体现在叶顶区域;随着叶顶间隙增加,动叶能量损失增加,且非定常条件下的损失增加比定常条件下大;叶顶泄漏流动对叶顶通道涡的发展和生成具有抑制效果;动静干涉效应对于泄漏涡的生成、发展、运行轨迹以及范围都有影响,且随着叶顶间隙的增加这种影响效果逐渐变得明显。     

离心式动/静相干叶排内部非定常流动的数值计算

首先采有作者发展的滑移界面技术及非定常流数值方法计算了两同心圆柱间库特（Couette)流动，在此基础上对叶轮及扩压器叶片数不等的二维离心式动，静相干叶排内部的非定常流动进行了数值模拟，详细分析了不同流量工况下动，静叶排内的非定常流动特性，数值分析表明，在一定的转速下，非等栅距离心式动，静相干叶排内部的非定常流动结构与流量工况密切相关，当流量较小或者较大时，在叶片扩压器内都会产生大尺度的分离涡，而在叶轮内的涡尺寸较小或不出现。研究结果可为优化叶轮与叶片扩压器的匹配提供有益参考。     

旋转机械转子-机匣系统碰摩的随机响应

针对仅考虑具有质量偏心的旋转机械Jeffcott转子-机匣系统碰摩模型的动力学方程,进行了转子-机匣系统碰摩的随机响应研究·应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法系统地研究了转子-机匣系统碰摩的随机响应问题,推导出了一般的数学表达式,给出了数值分析解·分析了把转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数的随机系统的响应·分析表明,该转子系统在初始阶段振动强烈,响应幅值超过转子和定子之间的间隙,会发生碰摩现象·