跨声速压气机转子非定常流场的DMD模态分析

采用动力模态分解(DMD)方法对跨声速轴流式压气机转子叶尖区域的复杂流场进行分析。通过DMD分解技术捕获转子叶尖流场的动力学信息和对应的流动结构,选取小质量流量工况下的非定常计算结果为基础数据,得到该工况下99%叶高平面上流线方向速度、径向速度的DMD模态云图以及特征频率,评估了DMD方法分析跨声速压气机叶尖非定常流动特征的能力。结果表明:DMD方法能捕捉到转子叶尖非定常流场的特征频率,第二阶DMD模态的频率与转子叶尖区域小质量流量工况下的振荡频率相等,其他较高的几阶模态频率正好是振荡频率的倍频;提取的前四阶DMD模态中,第一阶模态与均匀流场较为相似;流场振荡主要由低阶模态引起,高阶模态只是流场信息的补充;在一个波动周期内,叶尖区域流场存在正负速度的交替变化过程。     

基于DMD方法的无叶扩压器流动稳定性分析

针对无叶扩压器的失稳现象,采用计算流体动力学(CFD)方法对二维无叶扩压器在不同入口流动角下收敛和发散过程中的非定常流场进行动力模态分解(DMD),并对非定常计算过程中稳定和不稳定工况的变化流场进行了分析。结果表明:通过DMD方法获得的模态特征与二维无黏线性化稳定性分析得到的结果基本一致,在不稳定工况下具有相同的周向模态数以及相近的失速团相对叶轮转速。     

基于动力学模态分解法的轴流压气机叶顶非定常流动分析

对跨声速轴流压气机转子进行非定常数值模拟,采用动力学模态分解法对叶顶区域的非定常流动进行模态分析,进一步认识叶顶区域流场的非定常流动机理。研究发现:动力学模态分解法捕捉到叶顶区域非定常流场的特征频率6.83kHz,对应模态是形成叶顶区域流场非定常波动的主要模态。各阶模态中低阶模态结构主要集中在叶片前缘,表征大尺度的压力波动;高阶模态结构为集中在叶片压力面的正负交替结构,表征小尺度高频的压力脉动,是对流场信息的细化补充。采用前5阶动力学模态重构的流场能够包含叶顶区域非定常流场的主要流动信息与结构,可以实现对流场的降维处理。通过第1阶动力学模态重构的流场发现在近失速工况下叶顶区域的非稳定流动激发了压气机进口处周向传播的谐波扰动,谐波扰动与叶片振动的相互作用和反馈,强化了叶顶区域的非稳定流动,是产生流动不稳定性的原因之一。     

基于动态模式分解的离心压缩机动态流场分析

动静流道相互作用引起的非定常流动是离心式压缩机内流的主要特征,借助模态分解方法可以有效提取出该流场中相干结构,进而可以说明该动静干涉流场的主要特征。本文将动态模式分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)方法应用于带无叶扩压器通道的离心式压缩机流场分析中,通过对动静干涉速度场和压力场的模态提取和分析,直观揭示出动静流道中的流体运动特征。在设计流量工况下,叶轮出口叶顶间隙的流体流动和动静流道干涉效应影响了叶轮出口的速度参数和压力参数的分布。在叶轮和扩压器流道中分别出现了频率1 715和725Hz的湍流相干结构,两频率和叶轮通过频率有关。动静干涉流道中压力沿叶高方向动态规律相似,而速度场沿叶高方向波动规律存在一定的差异。该特征可以为压缩机流场测试提供参考。     

高压比离心压气机气动设计与分析

设计了单级总压比9.5、流量1.95 kg/s的离心压气机,该压气机分为叶轮、径向扩压器和轴向扩压器三个部分。叶轮初步设计采用自编程的方法,叶型使用了双分流叶片,通过软件Numeca对叶轮进行了数值模拟,分析了入口激波和出口射流尾迹等流动结构;从性能和流场细节两方面比较了三种形式的径向扩压器。结果发现,扩压器入口收缩可以抑制回流,楔形扩压器的扩压性能明显优于无叶扩压器。     

基于本征正交分解的无叶扩压器流动稳定性Galerkin降阶模型

将分析湍流拟序结构中的本征正交分解技术运用到离心压气机无叶扩压器的流动稳定性分析中,并将其与Galerkin投影法相结合建立了无叶扩压器内部流场的降阶模型。使用本征正交分解技术提取无叶扩压器在某来流入口角下非定常流场的主要流动模态,将流动控制方程通过Galerkin方法投影至由有限阶本征正交模态所组成的空间上,得到无叶扩压器流动稳定性降阶模型。计算结果表明:该模型可用于判断不同来流入口角下的扩压器流动稳定性,并将降阶模型的计算结果与流场数值模拟结果和线性稳定性预测结果进行对比,验证了此降阶方法的合理性。     

小流量下离心压气机无叶扩压器数值模拟及流动分析

无叶扩压器是离心压气机重要部件,也是涡轮增压器上应用最多的扩压器类型,详细研究其内部流场,掌握流动损失产生的机理,对于提升扩压器性能及抑制其失速的发生具有重要意义。本研究利用商用CFD软件NUMECA对离心压气机无叶扩压器进行了数值模拟,并对无叶扩压器收缩段和平行段内的流动分别进行分析,探讨了它们各自流动的特点,为进一步深入研究无叶扩压器流动,提升其性能奠定基础。     

带无叶扩压器离心压气机的稳定性分析

结合实验数据,采用数值模拟方法对某带无叶扩压器离心压气机的性能与稳定性进行了详细分析,比较了设计点与近失速点下无叶扩压器内部的流动特征．结果表明：在发生喘振瞬间,扩压器进口最先出现了压力崩溃;扩压器进口流动特别是轮盖侧流动是导致压气机失稳的重要因素,对扩压器进口逆叶轮旋转方向的轮盖侧啧蒸汽能够提高扩压器的稳定性．     

扩压器稠度对某离心压气机性能的影响

采用数值模拟方法详细分析了楔形扩压器稠度对某高转速、高压比离心压气机性能和内部复杂流动的影响,结果表明,减小扩压器叶片稠度,离心压气机堵塞流量和稳定工况范围都将增加。在大流量工况下,低稠度扩压器具有更好的性能,而小流量工况时,高稠度扩压器将得到更高的压比和效率。     

离心压气机宽无叶扩压器旋转失速的数值研究

无叶扩压器作为离心压气机的重要部件,研究其内部旋转失速的诱发过程及机理对离心压气机无叶扩压器旋转失速的主动控制具有重要意义。利用ANSYS平台对离心压气机建模并对其旋转失速过程进行非稳态数值模拟。结果表明:离心压气机无叶扩压器旋转失速是随着流量的逐渐减小建立起来的,失速工况点位于性能曲线的负斜率区;无叶扩压器内部,低速区靠近扩压器盖侧,高速区靠近扩压器盘侧;宽无叶扩压器的旋转失速与扩压器出口回流区有关,出口处回流区逐渐向扩压器内部发展,导致核心流发生畸变,最终导致旋转失速的发生。