轴流压气机转子叶顶凹槽及其改进结构研究

为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄漏流流量,但转子效率和失速裕度均有所下降,主要因为叶顶泄漏流在逆压梯度的作用下沿槽内向叶顶前缘方向流动,使前缘附近泄漏流反流程度增大,造成二次流损失及通道堵塞程度增大;凹槽深度是影响转子气动性能的主要因素。将叶顶凹槽分割开形成叶顶篦齿结构,在效率下降很小的情况下提高了转子的失速裕度;通过调整篦齿位置可进一步提高转子的气动性能;叶顶篦齿的应用存在特定的叶顶间隙范围。     

多级轴流压气机率先失速级的预测方法研究

在多级轴流压气机特性计算HARIKA算法基础上，发展了一种预测多级轴流压气机率先失速级的方法。该方法结合多级轴流压气机单级的最大静压升能力和实际工作点的特性，配合使用单级级叠加非设计点性能预测方法，可以很好地预估多级压气机的率先失速级，与已有试验结果比较表明该预测方法是正确可靠的。     

叶尖间隙对轴流压气机近失速叶尖流动的影响

为研究动叶间隙大小对轴流压气机近失速叶尖流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、小间隙及2个大间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,设计间隙下压气机喘振裕度最大,随着间隙增大,裕度近似呈线性降低,失速形式由动叶吸力面分离引起的"叶尖失速"转变为"泄漏涡堵塞失速"。大间隙情况下,叶尖前缘附近发出的泄漏流形成松散的涡系结构,诱导中部及尾缘附近泄漏流共同形成回流及大量二次泄漏,堵塞转子通道进口,引起失速的发生。     

轴流压气机叶顶喷气扩稳机理试验研究

轴流压气机叶顶喷气已经被证实能够有效拓宽压气机的失稳裕度。在一台低速单转子轴流压气机上进行叶顶喷气试验研究,采用喷气动量比作为衡量失速裕度改善的指标,并通过改变叶顶间隙和喷气角度对不同喷气量的扩稳效果进行分析,试验中发现随着叶顶喷气动量比的增加,压气机失速裕度的变化会出现两个拐点,即存在两个喷气动量比分界点,并将喷气动量比分界点前后的三个阶段对应的喷气量分别定义为微喷气,大喷气和超大喷气。通过试验测量压气机进出口气动参数以及壁面动态压力信号对喷气动量比分界点前后叶顶喷气扩稳机理进行详细的分析。试验分析结果表明:微喷气扩稳仅仅是因其能够减弱叶顶间隙泄漏涡和叶顶间隙泄漏流非定常性;大喷气则能够同时减小进口气流攻角,推迟叶片吸力面分离和抑制叶顶间隙泄漏涡,推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生;超大喷气虽能够推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生,但喷气的影响区域已严重向叶片通道内部转移,甚至影响了压气机的做功能力。     

叶顶喷气对跨音速轴流压气机稳定裕度影响的数值研究

为了研究叶顶喷气机匣处理方式对轴流压气机稳定裕度的影响,针对Rotor37开展了叶顶喷气的定常数值研究。相关文献指出,喷嘴出口气流角、喷嘴轴向位置、喷嘴覆盖比率及喷嘴进口总压4个参数对稳定裕度的影响最为显著。因此,本文着重对这四个参数构建响应面,同时结合主流的单通道计算模型,详细分析了它们之间的交互关系及相应的参数变化对压气机稳定性的影响,并拟合出回归方程。结果显示,在最佳参数设置下,单通道计算模型中压气机的稳定裕度最大可以增加8%左右。在此基础上,又对四通道压气机计算模型进行了气动计算与分析,发现叶顶喷气射流会按照与压气机旋转相反的方向作用于相邻的叶片流道,抑制该流道泄漏涡的产生,进而改善该流道内的流动。研究表明,采用叶顶喷气方法可以降低叶片前缘载荷,改变压气机的失速类型,从而增加压气机的稳定裕度。     

某重型燃气轮机压气机动叶弯曲变形故障分析

针对国内某热电厂首次发生的燃气轮机压气机第二级动叶顶部弯曲变形故障,从压气机进出口压力、叶片通道温度、排气温度、进口导叶(IGV)阀开度、轴承振动、余热锅炉出口烟气流量等多个监测参数入手,多参数协同分析可能造成故障的原因。在燃气轮机运行过程中,压气机出现进口静压增大0.001 2 MPa,出口压力减小0.078 2 MPa,叶片通道温度增大14.09℃,排气温度增大6.12℃,2^#轴承振动增大10.69 μm,余热锅炉出口烟气流量减少了0.25×10⁶ Nm³/s等异常现象。揭示了轴流式压气机第二级动叶叶顶弯曲变形机理,判断动叶叶顶局部弯曲与压气机旋转失速现象密切相关。若出现压气机进口压力增大,压气机出口压力减小,叶片通道温度及排气温度升高,轴承振动增大,余热锅炉出口烟气流量减小等参数的异常变化,可初步判断压气机发生旋转失速。     

跨音轴流压气机自循环喷气扩稳试验研究

轴流风扇/压气机稳定性控制一直叶轮机械领域迫切需要解决的难题,特别是对于内部流动复杂的跨音转子。提出以自循环喷气方式作为控制手段,并在一台单级跨音风扇/压气机上进行试验研究。试验中通过自行设计自循环机构在压气机上进行基于自循环的叶顶喷气研究,并考察不同抽气角度和喷气偏航角对压气机稳定裕度和效率的影响,并通过测量机匣壁面非定常压力信号对跨音压气机自循环喷气机构中前端喷气的扩稳机理进行分析。试验结果表明:自循环喷气能够有效拓宽跨音压气机的流动失稳裕度,并取得了8%~15%的扩稳效果,而且能够略微提高压气机峰值点的效率。另外,通过功率谱密度分析,前端叶顶喷气的扩稳机理仍然是影响叶顶间隙泄漏流的非定常性。     

静叶摆动辅助轴流压气机退出旋转失速过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,对轴流压气机进入旋转失速、退出旋转失速过程以及加入叶片摆动耦合使压气机退出旋转失速的过程进行了三维数值模拟.对比了加入与未加入叶片摆动对压气机退出旋转失速状态过程中的流量影响.数值计算表明,在加入合适的叶片摆动耦合后,可以使得压气机退出旋转失速状态的流量减小1.6％,压比上升1.7％.结合两种退出方...     

四级低速轴流压气机端壁区流动的实验研究

在四级低速大尺度轴流压气机试验台上,利用自行设计加工的十孔梳状附面层探针、四孔探针以及埋入高频响Kulite传感器的动态探针,针对端壁区流动展开了详细的流场测量。从附面层探针测量结果中能清晰识别出附面层区和主流区;获得了该压气机进口的附面层位移厚度、动量损失厚度、能量损失厚度及堵塞系数,且实验结果表明,采用平板紊流附面层公式能较好地进行附面层厚度的估算;采用位移机构带动四孔探针测得的第三级压气机转子进出口流场速度结果显示,受轮毂旋转作用,转子后的下端壁区附面层厚度明显要小于上端壁区附面层厚度;动态探针测量结果能较为明显地识别出叶尖泄漏涡的发展轨迹,且随着流量系数的减小,叶片尖部最大负荷点从尾缘向前缘移动,导致叶尖泄漏涡起始点前移。     

亚音速轴流压气机转子子午流面上的流场模拟

以具有试验数据的某亚音速轴流压气机转子为研究对象,建立了子午流面上的流场模型,采用有限差分法求解转子子午流面的控制方程.计算结果与试验数据进行了对比,比较的结果说明模拟的结果能够满足工程应用的需要,并且从气流参数分布规律的角度对转子设计的合理性进行了分析.     

轴流通风机非稳定工况特性的试验研究

以6XF型轴流通风机为例,对风机的气动、噪声和振动等参数进行了测试,经综合分析发现,随着流量的减小,先出现其特征与旋转失速不同的失速工况,继而出现其特征与喘振不同的近壳壁旋绕倒流的工况.详细阐述了所进行试验的结果并进行了分析,得出了结论.     

排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。     

带有根部间隙的压气机静子通道流场测量

为了研究静子根部间隙对压气机性能的影响,设计了4支不同长度的“L”形五孔探针和1支四孔探针。通过位移机构移动上述探针,对某双级低速轴流压气机在不同流量工况下的5个不同轴向位置的静子通道截面流场进行了实验测量。实验结果表明,在最大流量和近失速工况下,根部间隙引起的泄漏流和叶尖处的角区分离流与主流的掺混始终是造成静子通道内 总压损失的主要原因。随着进口流量的减小,泄漏流和角区分离的起始位置将更靠近通道进口。     

动叶局部弯曲对压气机流场和性能的影响

以NASA Rotor67跨音速压气机转子为研究对象,研究动叶局部弯曲对跨音速压气机转子流场和性能的影响,数值结果表明,动叶局部的正弯和反弯均能改善不同工况点下压气机性能,但正弯效果更好;在近最高效率点工况下,正弯有利于提高压气机等熵效率,反弯能缩小流动分离区,改善流场性能。     

叶片开缝对离心压缩机叶轮内部流场影响的数值研究

通过数值实验,以某个NASA半开式叶轮数据为例,对半开式无间隙叶轮、半开式有间隙叶轮、闭式叶轮和闭式开缝叶轮进行了详细的流场分析和对比,并与该半开式叶轮的实验结果进行分析比较,结果符合良好,证明计算结果可靠。     

Flow Field Characteristics of the Rotor Cage in Turbo Air Classifiers

The turbo air classifier is widely used powder classification equipment in a variety of fields. The flow field characteristics of the turbo air classifier are important basis for the improvement of the turbo air classifier's structural design. The flow field characteristics of the rotor cage in turbo air classifiers were investigated under different operating conditions by laser Doppler velocimeter(LDV), and a measure diminishing the axial velocity is proposed. The investigation results show that the tangential velocity of the air flow inside the rotor cage is different from the rotary speed of the rotor cage on the same measurement point due to the influences of both the negative pressure at the exit and the rotation of the rotor cage. The tangential velocity of the air flow likewise decreases as the radius decreases in the case of the rotor cage's low rotary speed. In contrast, the tangential velocity of the air flow increases as the radius decreases in the case of the rotor cage's high rotary speed. Meanwhile, the vortex inside the rotor cage is found to occur near the pressure side of the blade when the rotor cage's rotary speed is less than the tangential velocity of air flow. On the contrary, the vortex is found to occur near the blade suction side once the rotor cage's rotary speed is higher than the tangential velocity of air flow. Inside the rotor cage, the axial velocity could not be disregarded and is largely determined by the distances between the measurement point and the exit.     

蒸汽压缩蒸馏装置罗茨压缩机内部流场的数值分析

蒸汽压缩蒸馏装置是空间站中实现水的再生与闭路循环的关键。罗茨压缩机作为蒸汽压缩蒸馏装置中的核心设备对其工作性能起着至关重要的作用。查阅相关文献,对罗茨压缩机转子的型线进行改进,建立了罗茨压缩机二维有限元模型。运用动网格技术对罗茨压缩机内部瞬态流动进行了数值模拟,得出了罗茨压缩机流量、流速场、压力场随时间的变化规律。     

后置导叶式轴流通风机内部流场数值模拟及性能预测

以后置导叶型轴流通风机为模型，采用CFD方法对风机内部流场进行数值模拟，揭示了其内部流场的基本特征，进行了性能预测；并与其气动性能进行了对比分析。结果表明：采用CFD方法进行性能预测有较高的精度和可靠性，同时可为内部流动优化提供依据。     

液力缓速器三维瞬态流场大涡模拟及特性计算

为深入了解液力缓速器内部复杂的三维流动,采用大涡模拟和多可动区域计算的滑动网格法,利用FLUENT软件对液力缓速器全充液工况内部三维瞬态流场进行数值模拟。对计算得到的三维流场分布特性进行深入研究,分析流动现象成因,为提高液力缓速器性能奠定理论基础。基于流场数值解对制动扭矩进行了计算,将计算结果与实验结果进行对比分析,二者误差在5%以内,说明采用的数值模拟方法是准确有效的。