弯掠动叶对压气机非定常性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级原型级和弯掠动叶改型级进行了非定常数值模拟,研究非定常条件对两种压气机级总性能参数的影响,数值研究结果表明:非定常条件下,弯掠动叶级的绝热效率在每一瞬时都高于原型级,弯掠动叶级效率的非定常波动范围和幅值较原型级都有所降低,并且其非定常波动的相位发生了改变。     

高负荷跨音压气机弯叶片的气动性能研究

通过商用计算流体软件对采用不同叶片弯曲形式设计的跨音压气机动叶进行了数值模拟,分析了叶片弯曲形式和弯曲角度对压气机效率的影响。详细讨论了在设计点弯设计对跨音压气机性能的影响,包括流动结构、负荷径向分布以及效率等。结果表明20°正弯设计将动叶设计点效率提高了0.42个百分点,正弯设计可以改善负荷的径向分布并抑制端壁角隅失速。     

基于数值优化的跨音速压气机动叶三维设计

实验验证了三维粘性流场求解程序,然后采用基于梯度法的数值优化程序对跨音压气机动叶积叠线进行优化设计,得到了弯掠结合的三维叶片,并对其进行了数值模拟及详细的流场分析.结果表明采用弯掠的三维动叶可以有效的改变叶片排内三维激波结构,降低尾迹损失,显著提高动叶的整体绝热效率,并使动叶具有更加良好的变工况性能.     

跨音轴流压气机气动设计与数值优化

介绍了带有进口导流叶片的三级跨音轴流压气机的气动设计与数值优化过程,气动设计采用准三维体系,包括一维平均流线设计、S2流面通流设计和任意中弧线叶片造型设计,并利用商用软件Numeca进行压气机流场分析.采用遗传算法结合人工神经网络的全局优化方法对第一级跨音动叶在多级环境下进行三维数值优化.结果表明:与优化前相比,优化后跨音级动叶叶尖的激波-边界层干涉损失明显降低,第一级动叶与三级压气机整机近设计点的绝热效率分别提高了0.87%和0.37%,压气机整机的质量流量、总压比、绝热效率和失速裕度均能够满足设计目标.     

转速对跨声速轴流压气机的性能影响分析

为了研究跨声速压气机内部流动失稳对压气机性能的影响,对跨声速轴流压气机NASA转子37进行三维定常数值模拟,研究不同设计转速下跨声速轴流压气机稳定运行及内部流动失稳现象。研究发现：转速不变时近堵塞点的等熵效率高于近失速点;随着转速降低,压气机稳定运行范围变宽、效率增大及流动损失变小;压气机叶栅通道出现堵塞情况的叶高截面范围随着转速的降低而逐渐增大,这导致压气机叶片在近失速点处的流动失稳情况变严重。     

Transition from Unsteady Flow Inception to Rotating Stall and Surge in a Transonic Compressor

Since the transition from rotating stall to surge in a transonic compressor at high speed is very quick,quite often there is no time to take measures to prevent the surge.Therefore,it is desired to find any rotating stall precursors,of which the occurrence can offer sufficient time for stall or surge prevention.In this study,a series of unsteady flow analyses were performed on a transonic compressor under operating conditions before rotating stall with unsteady results scrutinized to find rotating stall precursors.Particular attention is paid to the spatial modes and time modes of static pressure near the casing and around the blade leading and trailing edges.The results show that the characteristics of the precursor in both spatial and time domains can be used as rotating stall warnings.     

跨音速压气机中展弦比弯掠叶片气动性能影响的分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,表明计算与实验结果吻合的较好.为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片适用的展弦比条件,在0°攻角下,展弦比为1.25、1.50和2.00,对0～30°弯掠叶片流场进行了数值分析,结果表明,当10°弯掠角时,小展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显;而在20°弯掠角时,大展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显.弯掠叶片使前缘激波转化为斜激波,并减弱了通道激波的强度,因而降低了叶栅激波损失.可以证明,在跨音速条件下展弦比的大小是如何使用弯掠叶片的一个重要的参考因素.     

跨音速压气机叶栅中稠度对弯掠叶栅流场影响的数值分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,结果表明计算与实验结果吻合较好。为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片的适用条件,在0°攻角下,稠度为1.75、1.50和1.25,对0~30°弯掠叶流场进行了数值分析,结果表明大稠度弯掠叶片的效果较为明显。弯掠叶片使前缘激波转化为斜激波,并减弱了通道激波的强度,因而降低了叶栅激波损失。可以验证在跨音速条件下稠度的大小是否在静叶栅中使用弯叶片的一个重要的参考因素。     

A Time-Marching Throughflow Model and its Application in Transonic Axial Compressor

A throughflow model based on the time-marching finite volume approach is described in this paper. The governing equations are derived by circumferentially averaging the three-dimensional Navier-Stokes equations neglecting the circumferentially non-uniform and viscous terms. An inviscid blade force model similar to the Large-particle method is derived. The viscous blade force has been modeled by the distributed loss model. The convective fluxes of the governing equation are discretized with the Edward’s low-diffusion flux-splitting (LDFSS) scheme. And a point-iterative Symmetric Gauss-Seidel (SGS) scheme is used in the temporal discretization. The throughflow model has been applied to the NASA Rotor 67 and a high-load transonic fan stage ATS-2. The reasonable good agreements with the experiments and the 3D viscous computations show the potential of the method.     

来流边界层对跨声速压气机转子流场影响的研究

为了研究来流边界层对跨声速压气机转子气动性能及流场的影响,针对Rotor37进行了不同来流边界层进口条件下的跨声速压气机流场数值模拟。结果表明:来流边界层引起其内部的激波结构变化,进而影响60%叶高以上流场,造成该展向范围内的流量分布发生再分配;在来流边界层具有相同的厚度时,总压亏损越大,以60%～90%叶高激波损失为主体的附加损失越高;来流边界层弱化了叶尖泄漏涡系的强度,通过同时改变叶尖负荷和叶尖泄漏流来源流体能量影响泄漏强度,进而影响泄漏涡系的形成和发展。     

给定通流部分形状时多级轴流压气机效率优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究。导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定通流部分形状时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，并以某三级压气机为例进行了数值计算，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。     

常用湍流模型对某低速轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测研究

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明：对于转子叶尖泄漏流的旋涡特性,在近失速点,k-ω模型预测的转子叶尖泄漏涡轨迹的斜率和位置在周向上的分布以及泄漏涡涡核的面积与实验结果最接近;对于转子叶尖泄漏流堵塞特性,在堵塞系数达到峰值之前,BSL模型的预测结果与实验结果最相近,而在堵塞系数达到峰值之后k-ε模型的预测结果与实验结果最相近,虽然k-ω模型预测的堵塞系数在整个流向位置都偏高,但堵塞系数沿流向的分布规律与实验结果吻合最好。     

倒角和间隙对跨音轴流压气机气动性能的影响

通过对一单级跨音速轴流压气机的流场进行数值模拟,研究了动叶根部倒角以及顶部间隙对流场气动性能的影响.结果表明:动叶叶顶间隙会造成顶部区域的通流阻塞并加重顶部分离损失,根部倒角会减小根部的气流折转角,降低做功能力,而且扩大根部分离区,减小根部流量,增大根部分离损失,因此为了提高数值模拟的准确性应考虑动叶叶顶间隙和根部倒角.