跨音速轴流压气机叶片造型及数值仿真

针对跨音速轴流压气机的多圆弧叶片.提出了一种基于锥面展开面的叶片造型方法.设计了某型压气机第一级转子,通过三维粘性流计算软件NUMECA对此孤立转子进行了性能仿真,仿真结果与实验结果符合较好;分析了叶型厚度分布对转子性能的影响:采用标准厚度分布对叶片重新生成,并与多圆弧叶片进行了对比,结果表明用标准厚度生成的叶片更薄一些,性能也更佳;同时当叶型最大厚度的位置后移时,转子的稳定工作范围变宽,效率略有降低.     

高负荷跨音速轴流压气机的叶型优化设计

研究轴流压气机优化设计问题,在高负荷跨音速轴流压气机相应的叶型优化设计工作中,针对压气机等熵效率过低,由于转子叶顶通道出现流动分离,导致损失过大。为提高等熵效率,结合人工神经网络与遗传算法对压气机转子的吸力面50%叶展以上叶型进行调整。优化后的新叶型可以有效地改善叶顶流动结构,抑制分离,在总压比基本不变的情况下使压气机峰值效率提升约1.7试验证明,叶型优化设计有显著效果,同时也指出了单一优化方案的局限性。     

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术足工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段.然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况.现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的雎气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理.     

跨声压气机转子进口总压畸变的数值仿真

研究燃气涡发动机问题,进气畸变会严重影响压气机的稳定性,针对目前对进气畸变问题研究的不足,为提高工作稳定性,利用全三维定常数值仿真方法研究了一跨声压气机转子在不同类型的稳态总压畸变入口条件下的特性,并对比分析了三种典型转速工况下稳态周向总压进气畸变对压气机转子的影响并进行仿真.仿真结果表明,在设计转速,相同进气畸变强度下,径向叶尖畸变时转子的性能和稳定性的降低最大,而径向轮毂畸变时转子的稳定裕度有所提高,证明系统的性能得到改善.     

压气机三维流场数值仿真及湍流模型研究

本文利用商用CFD软件对压气机转子通流部分建立了一个三维的数值模拟计算平台.对NASA Rotor 37跨音速压气机转子全工况特性进行了计算,与NASA Rotor37的实验结果对比表明,本文的网格生成技术和数值模拟方法都是比较成功的,满足一定的数值求解精度,具有工程技术应用价值.在湍流模型方面引入Baldwin-Lonax(B-L)湍流模型和Spalart-All-maras(S-A)湍流模型,并对模拟结果进行了分析对比研究.对跨音速压气机转子内流场的数值模拟结果表明:S-A湍流模型对跨音速压气机转子的模拟能力优于B-L湍流模型.     

单级轴流压气机数值仿真研究

压气机作为发动机推进系统的关键部件,部件的性能对发动机多项性能指标有决定性的影响.为了提高发动机的稳定性,需要对压气机数值模型进行研究.采用计算流体力学方法,空间离散格式采用二阶精度的高精度数值格式来求解雷诺平均的N-S方程.通过数值仿真数据和公布的通用压气机实验数据对比,在压气机数值计算中得到与实验一致的结果,并分析了湍流模型和动静叶交接面对压气机总性能数值计算的影响.结果表明,选择适当的模型可以使数值仿真更接近实验结果,对工程应用有一定的指导作用.     

基于压气机级的压气机系统的建模与仿真方法

基于压气机性能方程推导出一种新的压气机级的数学模型,用Modelica语言和Dymola编译器建立了压气机级模型;基于此压气机级的建模环境,开发了压气机系统仿真程序。其灵活的面向对象的体系结构允许任何压气机系统结构在windows2000／XP平台下使用一个运行有在线帮助的用户交互式的友好的拖放界面进行仿真。仿真结果表明,这种方法不仅易于仿真复杂的压气机系统,而且能实现非设计转速小流量工况下的性能仿真,且只要雷诺数充分大,用这种方法得到的结果与实际结果是相吻合的。     

基于特性方程的离心压气机的性能仿真

详细分析了空气在离心压气机中的流动机理,基于特性方程建立了一种能够达到设计精度要求的快速简单的离心压气机数学模型,模型中计及离心压气机内出现的各种损失。性能仿真模型具有速度快,适用于大量计算等优点。用Modelica语言和Dymola编译器实现了离心压气机的性能仿真。采用建立的数学模型对Chevis离心压气机的性能进行了模拟,并把仿真结果同实际性能曲线进行了比较。结果表明,采用建立的性能仿真数学模型能够模拟离心压气机性能,并能够实现非设计转速小流量工况下的性能仿真,为设计离心压气机提供了一个有力的工具,具有重要的参考价值。     

轴流压气机叶片优化仿真系统的开发

为了进一步提高压气机性能,需要对现有压气机叶片进行快速改型设计.为满足叶片快速改型设计的需要,着重论述了系统仿真原理、系统功能和实现方法,综合运用叶片造型、流场数值仿真和神经网络优化技术,采用面向对象、模块化等软件开发方法,设计并开发了一套叶片优化仿真软件系统,使其具备叶片造型设计、性能仿真和优化等功能,并给出了某叶栅叶片的优化改型实例.仿真结果表明,能改善压气机的气动性能、提高设计效率,较好地满足了压气机叶片优化仿真需求,具有良好的工程应用前景.     

小型轴流压气机清洗两相流场的数值模拟

针对某小型航空发动机单级轴流压气机的清洗需求,以数值模拟结合实验的方法对压气机清洗流场的各种参数进行了分析研究.在初步确定清洗方案的基础上,建立了基于S-A湍流模型的离散相数值模拟理论模型,以经验公式估算喷嘴形成的初始液滴分布,并对喷嘴的实验参数进行了校准,最后以CFD软件进行了流场的数值模拟,计算结果表明：清洗液滴不会对压气机的流场产生明显影响,平面扇形喷嘴在该小型压气机上能获得较好的清洗效果.     

跨音级轴流压气机转子轮毂非轴对称造型研究

关于优化提高压气机效能问题,由于压气机通道的二次流流动会造成流动损失,引起效率下降.为了解决上述问题,通过改变轮毂端壁结构,可以控制二次流流动,以提高压气机效率.采用人工神经网络及遗传算法的叶轮机械三维优化建模方法,使在最高效率工况下可以保持流量不变,压比不低于优化前.对压气机转子轮毂结构进行了优化,得到新型非轴对称端壁结构,并进行仿真.结果表明,降低了转子通道内的相对总压损失,抑制了下游静叶角区分离,可使压气机提高效率,并能有效控制端壁附近的流动损失,提高压气机效率.     

掺混系数对航空发动机整机稳定性影响研究

良好的飞机推进系统要求航空发动机在整个飞行包线范围内都必须有足够的可用稳定裕度,这就决定了航空发动机整机稳定性数值模拟的重要性.为使航空发动机整机稳定性数值模拟计算结果精确度更高,在常用的一维稳定性数值模拟计算模型中加入掺混系数,使得模型能够模拟航空发动机轴向单元体中轴向单元之间的能量交换和动量交换,且对掺混系数对数值模拟结果的影响进行分析研究.结果表明,畸变衰减主要是由风扇和压气机单元引起;风扇和压气机部件单元体的掺混系数对稳定性影响很大,压缩部件附近一般单元体掺混系数对稳定性影响有限.     

战斗部端面预制破片威力性能影响的数值仿真

为实现火箭弹定向杀伤,在战斗部非起爆端球缺面增设预制破片,通过调整装药长径比、球缺半径提高预制破片初速、控制预制破片飞散角,从而提高定向毁伤威力.利用LS-DYNA软件建立端面预制破片战斗部模型,对装药长径比、球缺半径两种装药结构参数进行了数值仿真,得到装药结构参数对端面预制破片初速和飞散角的影响规律.研究结果表明:当球缺半径、装药长度分别为3倍、2.5倍装药直径时,端面预制破片获得最大杀伤威力,为火箭弹杀爆战斗部端面预制破片定向杀伤威力控制提供了参考.     

循环流化床气固两相流动模拟

循环流化床已被广泛用于能源、化工、环保等工业领域,但由于流化床内两相流动、传热及化学反应的物理机理和作用规律复杂性,目前为止对流化床的认识还远远不能令人满意,因此了解流化床内流动机理对循环流化床的设计和运行有深远的指导意义.针对循环流化床燃烧技术,建立了描述其炉内气固运动特性的三维数学模型,用Fluent软件作计算工具,利用欧拉双流体模型(EULERIAN-EULERIAN)对流化床内的颗粒浓度分布、颗粒速度分布和床内压力分布等进行了三维数值模拟,计算结果表明:在床内固体颗粒浓度中心区域低、近壁面高的环核结构,固体颗粒在横截面上存在由核心区向环形区的内循环运动,在相同流化风速度下,沿床高压降随循环物料的增加而变大,在相同的物料循环量,沿床高压降随着流化风速的增加而减小.     

时间步长对有限容积法数值模拟的影响分析

针对时间步长在CFD商业软件中的选取问题,从迭代收敛性和计算精度两个角度,讨论了时间步长对采用有限容积法的数值模拟的作用和影响.从微分方程的离散化入手,分析了时间步长对稳态问题的欠松弛作用,并指出了拟非稳态项与普通松弛因子的区别;通过误差分析指出了如何选取时间步长来提高计算精度,并用计算实例加以佐证.分析表明,时间步长对稳态及非稳态数值模拟都具有重要作用,合理的时间步长应综合考虑稳定性、收敛性和计算精度.     

天然气离心式压缩机组特性仿真

为解决某天然气压缩站离心式压缩机组特性评估问题,分析了离心式压缩机组的热力过程,深入研究了压缩机的多变效率、喘振裕度以及燃气轮机效率的计算方法,建立了离心式压缩机组特性仿真的数学模型并编制了仿真程序.通过使用VC 语言和Fortran语言混合编程,开发了人机界面友好、操作简单的离心压缩机组特性仿真软件.通过对实际离心压缩机组特性仿真,表明仿真程序具有很高的精度,开发的仿真软件能够方便地对天然气离心压缩机组的特性进行准确合理的评估.     

Simulation of rotating stall in a whole stage of an axial compressor

Aerodynamic instabilities that naturally occur in compression systems, such as surge and rotating stall, largely reduce the life duration and performance of system components. The prediction of the compressor operating range is thus a key parameter for the design of gas turbines. This paper investigates the ability of an unsteady flow solver to simulate the rotating stall phenomenon in the full annulus of an axial compressor stage. A comparison with experimental data indicates that the simulation correctly estimates the stability limit. However the rotating stall flow patterns are different. While measurements show only one full span rotating stall cell (40 Hz), the simulation shows first a part span stall with 10 cells (790 Hz) that evolves then towards a full span stall with three cells (170 Hz). A spectral analysis based on numerical results underlines the role of rotor-stator interactions in the development of rotating stall. The effects of downstream volumes and inlet distortions are also discussed, showing the necessity to consider the whole geometry to correctly predict the rotating stall frequency.