离心式压气机扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析

本文研究压气机的扩压器和蜗壳在偏离计算工况或由于蜗壳型线设计不当时,扩压器和蜗壳的非轴对称流动对压气机特性的影响,文章对蜗轮增压器的压气机用有限面积时间推进法和流线曲率法进行扩压器和蜗壳的流场计算,并与实验作了比较。在实用上,所述方法能用于改善现有离心式压气机中叶轮与蜗壳的匹配,从而提高其性能。     

离心压气机无叶扩压器非定常流动本征正交分解法

为了研究带有无叶扩压器的离心压气机内部的非稳定流动特征,针对某离心压气机的非定常数值模拟结果,通过本征正交分解(POD)法分析小流量工况下无叶扩压器内部的非稳定流动.研究结果表明:无叶扩压器的内部流场主要受上游叶轮及下游蜗壳的影响;POD法成功地捕捉到了叶片扫描频率所对应的射流-尾迹结构以及低频率的非稳定流动模态;非稳定模态的特征频率为221.04 Hz,周向存在多个扰动,并且该扰动以径向波动为主,在周向并不传播;非稳定模态的重构结果可以直观地展示失稳流动的发展过程;流场快照的采样频率对POD法所获得的结果有所影响.     

变工况情形下离心式压气机无叶扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析

本文从径流式叶轮机械蜗壳的非轴对称流场原理出发,研究离心压气机蜗壳在变工况时非轴对称流场的特性.本文是“离心式压气机扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析”一文的继续.在本文中,进一步研宄了蜗壳舌部在变工况时对蜗壳非轴对称流场的显著影响.计算与实验结果表明,由于考虑了舌部的影响,使论文中提出的方法在相当大的变工况范围也能得出相当满意的结果,为研究压气机叶轮在变工况时的特性提供了依据.     

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.     

前向多叶离心风机蜗壳内流场的试验

前向多叶离心风机广泛应用于空调系统．由于该风机叶片进出口角大、流道短,叶轮内部气体流动非常复杂．另外,蜗壳与叶轮的匹配对风机的性能和噪声的影响也很大．目前的设计方法还不完善,需要不断地以风机的实际内部流场规律来加以改进．利用五孔探针对上述风机的蜗壳内部三维流场进行了测试,弄清了蜗壳内流场沿轴向、径向、圆周方向的分布情况,为今后的产品开发和流场的数值模拟研究积累了有益的资料     

轴流压气机进口总压畸变的端区流动响应数值研究

为了探究进口周向总压畸变对压气机性能的影响,以及不同畸变角下压气机端区流场对畸变响应的区别,对跨声速轴流压气机一级动静叶进行全周非定常数值模拟,分别采用均匀来流,畸变角为30°、90°和120°的畸变来流这4种进口条件。进口畸变使压气机的性能明显恶化,并且随着畸变角的增大恶化加剧。畸变角为120°时,随着动叶扫过畸变区,动叶叶顶区域激波的结构和强度发生改变,叶顶间隙泄漏涡的轨迹和强度也发生周期性变化。畸变也会对下游静叶流动产生影响,使静叶叶顶和角区分离加重。当畸变角为90°时,所影响的动叶流道数减少但流场对畸变的响应规律没变。当畸变角减小到30°时,畸变经过动叶完全衰减,静叶流场几乎不受影响。研究结果揭示了压气机性能改变和叶顶、叶根端区流动结构动态特征与畸变来流间的关系,可为提高压气机抗畸变能力提供理论基础。     

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.     

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.     

离心风机变工况流场分析

本文采用CFD商用软件FLUENT6．1对离心风机在不同工况下的内部流场进行了三维数值模拟,通过对比不同工况下离心风机内部流场的情况,找出不同工况下离心风机流场的变化,发现了叶轮入口正预旋受到蜗壳结构影响和不均匀性,小流量情况下空气流动受蜗舌影响显著。对减小流量变化对离心风机的影响,拓宽离心风机的工作范围的研究提出了一些建议。计算中采用了标准k-ε湍流模型与非结构化网格。     

间隙非谐对离心压气机离散噪声的影响

以主叶片及分流叶片叶顶间隙相同的离心压气机为原型,采用数值方法,对比分析了增大主叶片叶顶间隙同时减小分流叶片叶顶间隙,以及减小主叶片叶顶间隙的同时增加分流叶片叶顶间隙这两种间隙非谐方案对于离心压气机性能的影响.在此基础上,基于离心压气机内部非定常流动参数,结合FW-H方程进行了离心压气机内部离散噪声分析,研究了间隙非谐对离心压气机离散噪声的影响.结果表明,适当减小主叶片叶顶间隙,增大分流叶片叶顶间隙,可以在保持压气机性能的基础上有效降低压气机离散气动噪声.      

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.     

离心式风机流动特性的数值分析与改型设计

对某种船用通风机的内部流动进行了三维数值模拟,获取其性能曲线,对其流场特性进行了分析,在此基础上提出改进方案.通过修改叶片与蜗壳形状,明显地改善了叶栅与蜗壳通道的流动状态,尤其是消除了蜗舌附近区域的紊乱现象,使风机全压和效率有了显著提高.并对计算中的一些关键问题进行了讨论.     

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。     

离心通风机内部流场数值模拟

为降低离心通风机的能耗,在不同体积流量参数条件下应用Fluent软件对WDLH-450型离心通风机内部流场进行了数值模拟,得到风机效率、总压力和叶轮功率等数据.结果表明,总压力和效率等性能参数的模拟结果与实验测量数值非常吻合,验证了数值模拟的正确性.由于风机叶片为不规则几何体,使得风机在工作时内部流场非常复杂,叶片旋转时会产生不规则的气流,形成蜗壳区域气体的二次流动和叶轮前盘区域的涡流,造成叶轮和蜗壳区域流动能量的损失.同时,各叶轮流道的流场由于气流流动分布的不均匀性而存在压力不对称的现象.     

进气弯管几何参数对跨声速离心压气机性能的影响

对弯管进气的跨声速离心压气机进行数值模拟分析,研究不同弯管几何参数对压气机性能的影响规律并分析其影响机理,结果表明弯管进气下压气机性能均有所下降。叶轮与上游弯管的气流存在较强的相互作用,弯道出口与离心压气机叶轮前缘截面距离越小弯管角度越大,叶轮进口截面的周向畸变越严重;周向畸变程度与压气机性能下降程度之间无必然联系,畸变进口与叶轮端区的二次流相互作用能够改变叶轮进口激波形貌及端区的损失特性,进而影响离心压气机的工作性能。     

某多级压气机畸变传递过程中相关参数影响研究

进口畸变是诱发航空压气机内部流动失稳的关键因素,极大地限制了压气机的性能及稳定运行范围.在畸变条件下采用数值模拟及模型分析相结合的方法,建立了一个模型,以某型三级压气机为研究对象,研究畸变传递过程中相关参数影响,计算了畸变强度和畸变范围沿压气机轴向的分布情况.结果表明在进口总压畸变相同的条件下,转速越小,压气机出口畸变强度越小,出口总压分布相对较均匀,出口畸变范围也越小;总压总温畸变,进口畸变范围越大,压气机出口畸变强度越大.不论是总压畸变还是总温畸变,对于该三级压气机,径向畸变的衰减程度比周向畸变衰减程度大.     

蜗壳进口周向来流的非均匀性对其流动影响的数值研究

运用冻结转子方法对离心风机整机流场进行了三维准定常数值模拟,捕捉到了由于蜗壳的非对称性所造成的蜗壳进口非均匀流动现象,揭示了由于进口非均匀来流所导致的蜗壳内的一些特殊流动现象．研究证实了由于蜗壳的非对称性而导致叶轮与蜗壳的相互作用时会引起整个流场非对称的流动特征。     

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。     

6—30型风机流场的三维模拟与分析

离心风机在各个工业领域有重要应用,离心叶轮的设计者需要详细了解其内部流场的各种流动现象。本文采用CFD商用软件FLUENT6．1对离心风机内部流场进行了三维数值模拟。计算中采用了标准k-ε湍流模型与非结构化网格。通过模拟发现了蜗舌对叶轮中流动的影响和部分空气在叶轮中的螺旋状流动,捕捉到了离心通风机内部许多重要的流动现象,同时对计算结果进行了分析,对该类风机的性能改进提供了一定的依据。     

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。