无叶扩压器对离心压缩机流场及性能影响的数值研究

采用自编的CFD程序数值研究了无叶扩压器对离心压缩机流场及气动性能的影响.采用当地时间步长、多重网格以及隐式参差光顺等技术来加速收敛,以质量流量来代替出口静压的出口边界条件,使出口静压在计算过程中与给定的流量工况自动匹配,大大节省了计算时间.对Krain叶轮后带等面积与直壁两种形式的无叶扩压器离心压缩机内部流场进行了计算与分析,结果表明:直壁型无叶扩压器离心压缩机的效率低于等面积无叶扩压器离心压缩机的效率;直壁型无叶扩压器使得叶轮出口的流动出现分离;扩压器的形式对离心叶轮的整体气动性能影响并不大;在进行离心叶轮数值研究时,叶轮后的延伸区最好采用等面积无叶扩压器,以尽量减小无叶扩压器所引起的计算误差.     

涡轮增压器压气机规格化设计研究

离心压气机因其单级压比高、工作范围宽、结构简单可靠等特点被广泛用于船用涡轮增压器中。为了满足增压器对柴油机的匹配需求,增压器压气机需要进行规格化设计,形成具有不同的通流能力的压气机。本文基于某国产增压器,分别开展了改变叶轮子午线高度、改变扩压器喉口面积和几何模化三种规格化方式对增压器流量和效率的影响研究。结果表明：改变扩压器喉口面积可实现较小流量范围的压气机规格化设计,7.8%的流量变化对效率的影响在0.3%以内;改变子午型线可实现稍大流量范围的压气机规格化设计,12.1%的流量变化对效率的影响在1.1%以内;几何模化可实现较大流量范围的压气机规格化设计,且对效率影响较小,1.90倍流量变化仅导致0.34%的效率变化,通过多种规格化组合使用可实现压气机较大范围内流量的连续变化。本文研究结果为国产增压器系列化规格化设计提供了有效支撑。     

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。     

Z305压气机内部流场数值分析及扩压器结构优化

为分析叶轮和扩压器耦合作用下的压气机内部流场,在级环境下对Z305增压器离心压气机进行了数值研究,结果表明该压气机的工作范围较狭窄和整级效率较低的原因在于叶轮出口段到扩压器进口处都存在较大的涡流区。通过减少扩压器叶片数和缩短叶片尾缘的长度,改善了叶轮和扩压器的耦合关系,使得压气机工作范围和在多工况下的效率和压比等性能参数都明显提高。     

变流量工况下小型离心压气机多目标优化设计

为提高离心压气机变流量工况下的性能,基于三维流场分析研究了离心压气机叶片几何参数对其变工况气动性能的影响规律;基于相关性分析建立了降阶的优化设 计变量空间,采用拉丁超立方试验设计、Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法进行了离心压气机叶轮变流量工况多目标优化。优化后,叶轮设计流量的压比提高6.43%,效率提高3.99%;小流量时压比提高5.62%,效率提高3.52%;内部流动损失减少,喘振流量减小2.7%,阻塞流量增加6.85%,稳定工作范围得到扩宽。     

半开式离心叶轮与扩压器间流动模态提取与分析

考虑到半开式离心叶轮叶顶间隙流动对离心压缩机流动稳定性的影响,本文采用动态模式分解的方法对比了离心叶轮和无叶扩压器分别在设计工况和近失速工况下的流动结构及其频率信息。结果表明:叶轮出口附近的叶顶间隙流动对无叶扩压器中流动有显著影响,无叶扩压器中出现了和叶顶泄漏流流动相关的涡结构。随着流量的减小,叶顶间隙流动进一步影响无叶扩压器内部流动,涡结构频率变高,径向直径减小并向动静交界面移动,同时靠近盘侧的流场出现不稳定流动趋势。     

涡轮增压器压气机流场仿真分析

以涡轮增压器离心压气机为研究对象,通过模拟不同工况下发动机工作时涡轮增压器的压气机实际流通特性,分析了压气机内部流场随转速和叶顶间隙的变化规律。在ICEM中建立结构化网格,针对不同转速和不同叶顶间隙采用SST双方程湍流模型,对离心压气机内部流场进行数值模拟。结果表明,随着转速的增加,气体的流动状态变差,低压区范围扩大,出现明显的漩涡,气体不能充分地流动发展;随着叶顶间隙尺寸的减小,流动损失减小,压气机做功能力增大。     

离心叶轮与径向扩压器非定常干涉效应研究

本文以某离心压气机为研究对象,开展非定常数值模拟,深入探索离心叶轮和径向扩压器之间的非定常干涉效应,以及产生的周向流场畸变在径向扩压器和回流器内的传播特征。研究表明：径向扩压器对离心叶轮的影响主要体现在势作用上,扩压器的势干扰使得叶轮出口静压发生周期性变化,进而引起叶轮后部负荷等也产生周期性变化;在离心叶轮的作用下,扩压器进口气流角分布呈现较强的非定常性,影响范围覆盖了整个扩压器通道;径向扩压器流场中的畸变区域,沿周向朝压气机转动相反的方向旋转。     

高压比跨声速离心压气机设计研究

为探索高压比跨声速离心压气机级的快速设计方法,以级总压比7.0为目标,采用自行开发的离心压气机快速设计程序,设计了一单级跨声速离心压气机,并采用适应于高进口马赫数的低稠度最大厚度后移的双圆弧叶型叶片扩压器,保证压气机级有较宽的稳定工作流量范围。经CFD软件对设计的压气机进行性能预测表明,初步设计的离心压气机叶片扩压器扩张角过大,造成叶片尾缘出现严重回流。通过调整叶片厚度和中心线折转角减小了扩张角,改进后的离心压气机设计点总压比为8.305,等熵效率为81.8%。     

不同宽度无叶扩压器与半开式离心叶轮匹配特性数值模拟

考虑到扩压器与叶轮的匹配特性,本文对不同宽度扩压器的半开式离心叶轮流道的性能与流动结构进行了分析。通过数值建模与全工况的性能计算,对比了数值计算性能与实验性能,验证了数值方法的可靠性。在此基础上,调整扩压器宽度,发现适当减小扩压器宽度可以使叶轮出口流动趋向均匀,进而抑制扩压器盖侧回流,改善整个流道的性能;尤其是在小流量工况下,可以有效提高离心叶轮流道的效率和压比。同时发现,不同宽度扩压器对叶轮叶顶泄漏流有一定的影响,进而影响叶轮的性能。