机匣处理结构离心压气机喘振裕度提高试验研究

以新建自动控制涡轮增压器试验台架为研究平台,以某新开发高压比离心压气机为原型,开展扩稳试验研究与分析。研究结果表明:消音挡板结构对压比≥3.5工况具有一定的扩稳效果,最大可使喘振流量减小6.4%,流量范围拓宽2个百分点;正向导叶结构在增压压比为2.0~4.5时具有一定的扩稳效果,可使喘振流量减小3.0%~6.6%;机匣处理导叶结构引起压气机效率降低,最大降低幅度为3个百分点;蜗壳A/R值减小,具有一定的扩稳作用,可使压气机压比≤4.5时的喘振流量减小,尤其是最高压比1.5~3.5工况,A/R值减小17%,喘振流量可减少10%以上;TRIM减小对压比≥2.5工况具有一定的扩稳效果,可使喘振流量减小,转速越高减小幅度越大,TRIM值由52减至48时,喘振流量最大减小12%,流量范围最高可拓宽4%。     

自循环机匣处理对某型离心压气机性能的影响

采用数值模拟的方法对比带/不带自循环机匣处理结构对某型离心压气机性能的影响进行研究。结果表明,自循环机匣处理结构基本不影响设计点压气机效率,可以增加压气机堵塞状态的流量,减小失速状态的流量。同时,文章展示了带/不带自循环机匣处理结构时压气机内部的流场情况,从流场流动的角度分析了自循环机匣结构引起压气机特性变化的原因。带机匣处理结构的压气机,在设计状态下,气流攻角不变,压气机效率基本不变;失速状态下,气流攻角改善,流动更加稳定;堵塞状态下,气流由机匣处理结构流入叶轮喉部下游,增加了叶轮排气流量,拓宽了堵塞流量。     

两种径向间隙处理对1.5级高负荷轴流压气机性能影响的比较研究

采用数值模拟方法研究了机匣直沟槽处理和斜沟槽处理对压气机气动性能的影响,对两种处理方式下压气机各叶栅通道的熵产、涡量、回流范围和强度、静压分布、负轴向速度进行了定量计算和定性分析。结果表明：与光壁机匣相比,直沟槽和斜沟槽处理均使压气机的稳定运行范围拓宽了3%以上,直沟槽机匣处理压气机比斜沟槽机匣处理压气机的失速裕度更高,但绝热效率略低。     

离心压气机凹槽导流片式机匣处理失速控制研究

针对一种新型的可显著改善原有压气机稳定裕度的机匣处理结构,进行了时间精确的三维数值模拟,详细对比分析了带实壁机匣结构和凹槽导流片式机匣处理结构的离心压气机转子叶片项部区域流场,以及叶片通道内子午速度沿径向的分布情况,揭示了凹槽导流片式处理机匣结构的扩稳机理.并通过分析不同参数的凹槽导流片式机匣处理的计算结果,表明:轴向叠合量的增大,对于压气机裕度的改善有利,而不利于压气机的效率提升;处理槽深度的减少,会使压气机稳定裕度有所改善,但峰值点总压比与失速点总压比都有所降低.     

低转速离心叶轮自循环机匣处理扩稳机理研究

为了探索自循环机匣处理扩稳机理,利用全三维数值模拟方法对应用机匣处理的LSCC(低速离心叶轮)进行了详细研究.结果表明:自循环机匣处理能有效的延迟失速的发生并在近失速区域略微提高压气机的效率以及总压比.该机匣处理能有效地减小叶顶载荷,从而降低泄漏流相对速度,抑制间隙泄漏涡在叶顶通道内的发展以减小低速气流在流道内的阻塞,提高转子通道的通流能力,从而达到扩大稳定工作范围的目的,综合稳定裕度改进量为12.57％.     

一种新型叶片扩压器的联合处理方法

以机翼扩压器为研究对象，对某船用涡轮增压离心压气机性能进行数值模拟．首先将扩压器叶片进行低稠度处理，在此基础上再进行叶片根部开槽处理，以研究低稠度与开槽联合处理对整机性能的影响．结果表明：低稠度处理可在全转速范围内拓宽流量范围，但失速边界发生整体右移；低稠度与开槽联合处理能够保持堵塞流量不变时，在全转速范围内增大失速裕度，在进一步拓宽流量范围的同时，解决失速边界偏移问题，可使高转速下稳定工作流量范围甚至超过无叶扩压器的2倍，但同时联合处理也降低了气动性能，仍高于无叶扩压器性能；槽道的径向位置是开槽处理的关键参数，除了影响流量范围大小外，还会使峰值效率点的绝热效率、总压比分别产生近4.0%、1.5%的波动，因而需优先确定．     

离心压气机预旋及扩压器调节扩稳研究

以增压器无叶扩压离心压气机为研究基础,进行了压气机预旋导叶及扩压器设计,对单预旋、固定扩压器及预旋、扩压器耦合调节等不同情况下的离心压气机特性进行了数值分析,研究了进口预旋及扩压器可调的压气机扩稳特征。结果表明:压气机进口预旋在保持压气机最高效率特性基本不变的同时可以使压气机的流量范围拓宽16.7%,叶片式扩压器则可明显提高压气机最高效率约1.7%。在无叶扩压离心压气机的基础上,采用进口预旋和叶片式扩压器耦合调节控制的方法可在拓宽压气机喘振裕度的同时可使压气机工作效率提高约1.2%。     

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。     

进气回流机匣处理离心压气机的扩稳机理

车用增压器的离心压气机在高转速下,往往暴露出流量过窄的问题.通过数值分析,对实壁机匣离心压气机模型高转速下的失速机理进行了研究,结果发现,转速下叶顶区域的流动变为跨音速流动,小流量下槽道激波前移至分流叶片之前,由于采用了长短叶片导致该处叶片稠度较小,间隙泄漏气流跨过激波后扰动迅速扩大,并诱发大量低能流体的堆积,促使压气机过早失稳.同时,对具有扩稳能力的进气回流机匣处理模型也进行了数值模拟,并与试验数据进行了对比验证,结果表明,布置在激波过后的回流槽能有效带走堆积在导风轮尾部附近的低能流体,减少了泄漏二次流对主流的扰动程度,使得气流以较小的攻角流过短叶片前缘,大大改善了叶轮内部流场.     

自循环机匣处理对某型柴油机增压器压气机的稳定工况范围及性能影响研究

针对某型柴油机增压器压气机,基于整级全通道数值模拟和正交试验设计方法,研究了自循环机匣处理实现高亚声速压气机扩稳增效的潜力。结果表明：自循环机匣能够在提高设计点气动性能的前提下推迟失稳,但会牺牲堵塞流量。压气机的失稳和堵塞流量分别与叶片前缘及叶片扩压器中的堵塞程度相关。小流量侧自循环机匣通过抽吸叶轮叶顶附近低能流体,缓解堵塞,推迟失稳。但在大流量侧自循环机匣的喷射效应会增大扩压器进口攻角,加剧扩压器叶片流动分离,减小堵塞流量。抽吸效应与喷射效应强度均取决于抽吸槽的位置和宽度,压气机稳定性和堵塞流量与抽吸槽参数的变化基本呈负相关。自循环机匣对气动性能的影响包含两方面：在抽吸槽前,经回流槽流出的流体与主流的掺混及其产生的进口畸变将带来额外的效率和压比损失,适当减小回流槽角度可以降低该损失;在抽吸槽下游,得益于抽吸效应对叶顶流动状态的改善,压气机抽吸槽附近及下游高熵区减小,做功能力增强,气动损失大幅降低。在上述两方面共同影响下,压气机设计点气动性能最终得以提高。     

部分叶高串列扩压器对离心压气机性能的影响

为了保证离心压气机压比同时拓宽其稳定工作范围,将部分叶高概念引入串列扩压器设计中,获得部分叶高串列扩压器,并基于数值方法研究串列叶栅前后排叶片相对周向位置以及前排叶片相对高度对离心压气机与串列扩压器性能的影响.在相对周向位置为30%的串列扩压器基础上,利用不同部分叶高叶片设计串列扩压器前排叶片,获得不同的部分叶高串列扩压器.结果表明:串列叶栅前后排叶片相对周向位置对扩压器的扩压能力以及稳定工作范围有很大影响,当相对周向位置处于20%~30%内时离心压气机的整体性能达到最佳;与原离心压气机相比,当前排叶片相对高度h/B分别为40%和50%时,离心压气机的喘振裕度可分别增加21%和25%,总压比和等熵效率仅下降1%左右.     

部分叶高串列扩压器对离心压气机性能的影响

为了保证离心压气机压比同时拓宽其稳定工作范围,将部分叶高概念引入串列扩压器设计中,获得部分叶高串列扩压器,并基于数值方法研究串列叶栅前后排叶片相对周向位置以及前排叶片相对高度对离心压气机与串列扩压器性能的影响.在相对周向位置为30%的串列扩压器基础上,利用不同部分叶高叶片设计串列扩压器前排叶片,获得不同的部分叶高串列扩压器.结果表明:串列叶栅前后排叶片相对周向位置对扩压器的扩压能力以及稳定工作范围有很大影响,当相对周向位置处于20%~30%内时离心压气机的整体性能达到最佳;与原离心压气机相比,当前排叶片相对高度h/B分别为40%和50%时,离心压气机的喘振裕度可分别增加21%和25%,总压比和等熵效率仅下降1%左右.     

柴油机高原适应性研究及压气机流场分析

基于试验测试数据建立增压柴油机的仿真模型,开展0～4 000m高原适应性研究工作,研究增压柴油机性能及压气机性能海拔变化关系,并研究不同海拔下压气机内部流动状况,分析压气机效率下降原因。研究结果表明:高海拔工况下,柴油机功率、转矩与燃油消耗率下降,进气流量减少,增压压力下降,压气机压比增大,效率下降。压气机子午面的相对总压的低压区域压力较小,叶顶间隙间及叶轮出口高熵值区域增大且范围提前。跨音速流动区域增大,激波损失增大,叶顶间隙流加强,泄漏损失增大,分流叶片压力侧主流与低速泄漏流掺混,尾迹区域增大,掺混损失增加,压气机叶轮内部损失增大。因此高原环境下,压气机效率降低。     

倾斜周向槽机匣处理对跨音速压气机流动特性的影响

为研究倾斜周向槽机匣处理对跨音速轴流压气机稳定性的影响,以Rotor37为研究对象,通过数值模拟方法对比研究了径向与倾斜周向槽的扩稳效果。结果表明:在设计转速下,采用3种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度;径向周向槽时稳定裕度提高5.08%,周向槽后倾时提高6.1%,前倾时提高3.75%;径向形式时转子效率最高,前倾形式次之,后倾形式槽内周向环流更复杂,能量损失最大,效率最低。当周向槽轴向倾斜方向不同时,会使周向截面、泄漏流和槽内流动发生变化,对压气机的稳定裕度和效率造成影响。     

某轴流式压气机气动不稳定的相关积分分析

研究了某轴流式压气机节流试验中的气动不稳定问题。运用非线性的相关积分方法对压气机机匣壁面沿程静压信号进行了分析。结果表明,压气机静叶通道机匣壁面给定点静压信号的相关积分值随着发动机工作状态的不同有规律的发生变化,反映了对应位置的流动分离状况;压气机沿程各级静叶通道机匣壁面静压的相关积分值可以反映不同工况时压气机各级叶尖的流动匹配情况;压气机第一级静子机匣壁面静压信号的相关积分值可以反映中低转速工况下放气带开关状态对转子端壁流态的影响。研究还表明,压气机静子机匣壁面沿程静压信号的相关积分分析是进行压气机气动稳定性监控诊断的一种有效手段。     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

喘振发生前车用涡轮增压器离心压气机非稳态流动分析

喘振现象及其机理的研究一直是涡轮增压领域重要的课题,对JP60离心压气机在120000r/min最高压比点前、最高压比点附近、最高压比点后和临近喘振点附近4个工况点进行了非稳态模拟计算,并对压气机各部件的非定常流动现象分别进行了分析,重点分析了叶轮尾缘回流涡随流量减小对叶尖泄漏涡和前缘涡的影响,明确了尾缘回流涡形成及其...     

叶顶微射流对小型高负荷离心压气机性能及流场结构的影响

以某小型高速离心压气机为研究对象,采用数值方法研究了微射流对压气机性能和叶轮叶顶流场结构的影响。研究结果表明：射流为1%设计流量时,失速裕度能够提高3.12%,稳定工作范围拓宽28.17%;在设计点,原型离心压气机叶顶来流马赫数达1.8以上,叶顶存在复杂激波/间隙泄漏流干扰,工作稳定性较差,微射流改变了“λ”状的激波结构,使前缘激波的强度减弱,后掠角度减小,并且降低了叶顶的负荷水平;微射流能够抑制间隙泄漏流的周向运动,并削弱激波/间隙泄漏流之间的相互作用,间隙泄漏涡不易发生破裂、溃散,极大增强了压气机工作的稳定性。     

高海拔条件下压气机结构优化及其对柴油机性能的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能试验,采用计算流体力学(CFD)和柴油机工作过程计算方法,开展高海拔条件下压气机叶轮结构优化及其对柴油机性能影响的研究.研究结果表明:海拔5 500 m,压气机叶轮主叶片及分流叶片前缘前掠6.27°、分流叶片向主叶片压力面偏折12.09°,压气机叶轮流道内流动损失明显降低,出口处流动稳定性提高,压比、效率及流量范围分别提高4.16%、2.63%及6.58%;压气机叶轮优化后,二级可调增压柴油机中低转速燃烧过程得到明显改善,滞燃期和燃烧持续期缩短;柴油机1 200 r/min全负荷工况最高燃烧压力升高9.53%,累计放热量提高8.78%,转矩提高5.82%,燃油消耗率降低4.42%.     

带后置蜗壳的斜流叶轮机匣处理扩稳研究

针对小型高速斜流叶轮的机匣处理进行了实验研究与数值模拟分析.实验结果表明,所设计的机匣处理结构可以有效地扩大斜流叶轮的工作范围.采用并行计算技术,对包括斜流叶轮机匣处理以及蜗壳在内的整机流场进行了数值模拟,揭示了机匣处理扩稳的机理,机匣处理结构将叶片顶部区域的低能流体抽吸进入处理槽,从叶片通道内吸力面侧区域流出周向槽,射入转子通道,吹除该区域的低能气团阻塞,改善了转子叶片叶顶区域的气流流动状况,推迟失速的发生.