跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%、30%、40%、50%相对弦长处。数值计算结果表明:原始光壁压气机转子的失速原因为叶尖泄漏流动引发的低速区对于尖部叶片通道的堵塞,其稳定工作裕度为14.74%。采取的周向槽机匣处理能够改变转子叶尖流动堵塞状况。当机匣处理起始位置位于30%相对弦长时,压气机转子稳定工作裕度的提升量最大,相比原始压气机转子的稳定裕度提高了1.86%。     

半开式离心压气机叶轮三维湍流场数值分析

采用时均Ｎ－Ｓ方程、能量方程、连续性方程、理想气体状态方程及考虑压缩性修正的ｋ－ε双方程湍流模式，计算分析了高速离心式压气机半开式叶轮内部流场．在网格构造中将叶顶间隙及叶道作为独立的网格块处理，克服了以往此类研究中关于叶顶间隙流模拟方面的近似处理．计算是在考虑叶顶实际间隙及零间隙近似两种情况下进行，以研究叶顶间隙流对叶轮内部流动的影响．研究结果表明，当精确地模化叶顶间隙流动后，不仅可很好地预示叶轮内部的重要流动特征，而且计算的子午平均速度及相对气流角亦与测量值符合良好．相反，在零间隙的近似处理下，计算结果与实测值相差甚远，特别是在叶轮的后半部分．     

多级轴流压气机失速边界预测方法研究

对Ｃ．Ｃ．Ｋｏｃｈ所提出的计算轴流压气机失速压计升能力的方法加以改进，提出改进的预测失速流量的半经验准则，并对２台１０几级轴流压气机的多条转速线进行了计算，与实验结果相比，吻合良好，符合工程应用要求。     

单级轴流风机优化设计的研究

本文根据单级轴流风机的特点,提出了一种以工作轮效率最高为目标、环量梯度为控制变量、同时考虑到各种气动约束、几何约束等条件的最优控制优化模型.利用耦合罚函数方法及拉格朗日乘子方法,将有控制约束、状态约束的最优控制问题转化为无约束的最优控制问题.提出了一种无须进行两点边值迭代计算的简便方法,并用该优化方法设计了变功流型的双向轴流风机,其计算效率较常规等环量流型的要高4%左右.模型风机沿叶高气流参数的实测值与计算值吻合较好,表明本优化方法合理可行,具有较好的效果.     

跨音速压气机非设计点性能预测

基于二维流线曲率法数学模型,参考公开发表的研究成果,拓展了一种适应于跨声速压气机的损失和落后角模型,并考虑3D和雷诺数的修正,对轴流跨音速压气机转子NASA Rotor37进行了数值计算,得到了设计点与非设计点的特性曲线,并与实验数据进行了对比和分析.结果表明,该方法能较好地预测轴流压气机特性和参数分布,可为压气机的设计和优化提供参考.     

压气机性能对粗糙度的敏感性的分析

当沉积物粘附在叶片表面后,将会使得压气机叶片表面的粗糙度增大,导致气流通道的流通能力降低,这将会使压气机的增压比、效率降低.分别对不同粗糙度以及不同转速下的压气机性能进行仿真,结果表明：压气机在不同粗糙度和不同转速下,效率对粗糙度的变化最敏感,对估计压气机叶片表面粗糙度的确定具有指导意义.     

轴流风扇转子叶片优化设计

针对一通用型轴流风扇的转子叶片,以三维粘性流场的数值计算程序为平台,利用人工神经网络BP算法和遗传算法,通过叶片弯掠技术对叶片的周向弯曲角度进行寻优,以使风扇的性能进一步提高.通过对比优化前、后的叶轮发现,优化之后的叶片形成明显的沿周向顺叶轮旋转方向弯曲.试验结果表明,其全压效率提高了1.27%,全压升提高了3.56%,上、下端部的流动损失进一步降低.     

高填方边坡下涵洞受力变形数值模拟研究

对某型低速轴流压气机转子和NASA Rotor 37跨声速转子进行了全通道定常和非定常数值仿真研究,采用了喷管模型和节流阀模型作为出口边界条件来取代常规的边界条件设置方法,分别通过调节计算域出口面积和节流系数的方法改变转子工作状态。计算结果显示:与出口边界采用固定背压值的方法相比,采用喷管模型和节流阀模型能够准确计算转子失速前后各个工况点的流动状态。采用节流阀模型时,通过调节节流系数能够准确地判定转子失速临界点,在继续节流的过程中能够计算出失速时转子通道内失速区的形成与发展情况。研究发现,叶尖区域流动失稳即叶尖局部回流区的出现和扩展在这两型压气机转子的失速过程中起重要作用。其中低速轴流压气机转子全通道非定常计算发现,在失速时转子叶尖部位首先出现两处回流区,且回流区范围随转数增加而扩大,最终形成相对明显的失速团结构。     

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.