跨音速轴流压气机的非定常流动数值研究

以跨音速轴流压气机1.5级为研究对象,采用数值模拟方法研究了跨音级内部流动损失机理、转子通道中的尾迹、激波输运过程以及波系结构的演化。结果表明,激波向上游输运的过程中,受到进口导流叶片(IGV)的切割作用,使IGV的尾缘受到强烈的周期性交替应力。静子前缘周期性地切割转子尾迹,同时尾迹与主流的掺混对下游流场影响很大。     

来流附面层对吸附式压气机叶栅影响的数值研究

数值研究低速条件下来流附面层特性对吸附式压气机叶栅气动性能的影响,在不同正冲角时,设计不同方案的附面层厚度分布,对比分析叶栅出口气动参数的分布以及叶栅内的三维流场结构,讨论不同来流附面层情况下在压气机叶栅中采用附面层吸除的效果。结果表明,数值模拟结果与试验数据有较好的一致性;附面层厚度的增加导致角区流动三维性增强,且变冲角性能下降,二次流横向作用和角区范围的增加使得附面层抽吸效果减弱;当来流附面层厚度增加时,通过增加抽吸量可以有效降低强吸附式压气机叶栅的损失,变冲角性能得到改善。     

单级轴流压气机内部三维流动的数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解轴流压气机的内部流场及全工况特性。该方法采用时间推进法和有限体积差分格式进行求解，对某单级轴流压气机内部流动进行了详细的数值模拟，计算结果与试验结果吻合良好，同时对压气机内部流场进行了分析。     

压气机动叶抽吸气的数值模拟探索

为了研究吸附式压气机,改善压气机性能,开展了在压气机动叶上采取主动流动控制措施对压气机性能影响的研究.采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法,通过大量计算选择合适的吸气位置和吸气量,在动叶吸力面上开吸气孔进行附面层吸除,可以在一定程度上改善流动状况,从而对转子的效率、压比以及喘振裕度产生有利的影响.通过对NASA Rotor37实例计算表明,吸气后附面层分离状况得到明显改善,采用较小的吸气孔面积和吸气量就能对转子的效率、压比和喘振裕度产生正效应.不同的吸气位置,存在对应的最佳的吸气量.计算表明,转子最佳吸气位置在附面层的过渡区(包括附面层厚度的极大值位置).     

弯曲叶片对跨音速轴流压气机性能影响的数值研究

采用具有不同控制参数的积叠线对Rotor37转子叶片进行周向弯曲造型设计,获得叶片的最佳弯高和弯角。采用数值计算方法研究了叶片弯曲对压气机性能及其内部流动结构的影响,结果表明:弯曲叶片具有良好的变工况性能,新设计的叶片能有效提高压气机的绝热效率和总压比。叶片周向弯曲引起端部低能流体向主流区的迁移,使得端壁和主流区流动状态发生改变,在端壁区流动损失下降,而在主流区流动损失有所增加,同时沿叶高方向上流体的质量流量被重新分配。     

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。     

高负荷压气机叶栅附面层吹吸对气动性能影响研究

为研究压气机叶栅吹吸气体对附面层分离控制和气动性能的影响,利用数值计算的方法对叶栅流场进行模拟。首先研究吸气量对叶栅气动性能的影响规律,研究结果表明,当吸气孔的位置在距离叶片前缘60%的轴向弦长处时,存在一个最佳吸气量,当吸气量等于进气量的0.8%时,叶栅吸气对附面层分离的抑制效果最佳,对压比的提升最明显。提出四种叶栅开孔吹吸气方案,即吸附式叶栅、吸吹式叶栅、吹吸式叶栅和双吸式叶栅,通过流场和气动性能的对比,发现双吸式叶栅对附面层分离的抑制效果和对气动性的改善效果均最为显著。     

跨音速轴流压气机转子非轴对称端壁成型的数值研究

利用商用软件NUMECA对跨音速轴流压气机转子Rotor67进行了数值模拟,对流场进行分析后发现端壁区二次流损失为该转子损失的主要来源。利用三角函数造型法对Rotor67转子端壁进行了非轴对称造型,并对造型后的转子内部流场进行了数值模拟,对模拟后的流场结果分析表明:采用非轴对称端壁可有效减小通道涡强度与范围,从而降低了叶栅二次流损失,使得压气机效率提高。     

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...     

附面层抽吸孔对扇形扩压叶栅分离流动控制效果研究

为探究附面层抽吸对跨声速扇形扩压叶栅分离流动控制、气动性能和流场结构的影响,本文基于CFX数值模拟方法对扇形扩压叶栅进行端壁孔抽吸方案研究,并分析叶栅抽吸效果随抽吸流量的变化规律.抽吸位置分布在上下端壁近吸力面端壁处,将弦长四等分为四个不同方案.对比原型及各抽吸孔方案可以得到,当抽吸流量为原型叶栅进口质量流量的0.7％...     

压气机转子叶片附面层抽吸的参数化研究

通过数值求解三维粘性雷诺时均Navier-Stokes 方程,详细研究了非设计工况下不同抽吸位置、抽吸流量和抽吸孔数目对跨音速压气机转子性能的影响,揭示了抽吸流与流动分离和激波结构的相互关系.研究结果表明:合理的抽吸能够有效控制激波的发生位置,改变流道中激波结构,延迟由于激波造成的流动分离.抽吸流量直接决定了压气机转子的性能,抽吸作用使得附面层内低能流体被移除,主流更加贴近叶片表面,从而增加了吸力面附近流体的动能,提高了流道内的通流能力,同时也能有效消除分离区内复杂的旋涡结构.     

跨音速涡轮叶栅数值计算方法研究与试验验证

以某跨音速涡轮叶栅为对象,研究计算流体动力学数值计算方法,应用CFD软件ANSYS CFX,分析不同网格量和不同湍流模型对数值计算结果的影响,得到最理想且最吻合试验结果的数值计算方法,并与试验结果进行对比分析。结果表明,考虑权衡数值计算结果与试验值吻合度和所耗时间的均衡性,三维网格的S1流面网格量为1万最为合适,SST湍流模型的模拟结果最为理想。     

三种方法在跨音速轴流通风机数值模拟中的比较

本文分别使用多参考坐标系法、混合平面法和滑移网格法3种方法,对一台单级高压轴流风机在不同转速下的性能及内部流场进行了数值模拟.通过计算,得出了风机的性能参数和内部流场特征,重点分析了在风机内部流场为跨音速时3种方法的特点和区别.     

轴流/离心组合压气机一体化设计及数值模拟

为了更好地解决轴流级与离心级间的匹配问题,采用了一体化设计方法对组合压气机进行设计。为了一体化设计,发展了准正交曲线坐标系下的叶片力分解方法,得到了适合于轴流、离心压气机一体化求解的速度梯度方程;根据轴流级和离心叶轮的特点,整理发展了各自相应的损失模型,最终形成了组合压气机流场一体化通流计算方法。以某一级轴流加一级离心的组合压气机级为研究对象进行了通流设计、三维成型和数值模拟分析;将一体化设计方案1A1C_COM对应的结果与原轴流级和离心级单独设计方案对应的结果1A1C_SEP进行了比较分析。结果表明,相比之下,一体化设计的组合压气机整体性能较好,改善了离心叶轮内部的流动,性能得到了一定的提升。     

高空低雷诺数压气机叶栅气动性能数值研究

本文采用数值仿真方法研究了亚声速叶栅损失特性和流场结构在高空低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数和流场结构在不同雷诺数情况下的变化规律。结果表明:随着雷诺数降低,平面叶栅总压恢复系数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化;随着雷诺数降低,零攻角与负攻角的吸力面尾缘分离区增大,且在20km时吸力面出现明显的分离涡;随着雷诺数的降低,分离涡逐渐后移。     

端壁附面层抽吸对扩压叶栅变冲角性能影响研究

本文以跨声速扩压叶栅为研究对象,采用数值模拟方法,研究了附面层抽吸对扩压静叶叶栅角区分离流动控制效果和机理。为探究不同抽吸方案对叶栅角区分离的影响以及对叶栅变冲角性能影响,在上端壁处开设流向槽进行抽吸。结果表明附面层抽吸能有效降低叶栅流动损失,提高附面层动能,避免低能流体过早分离,减小角区损失。随冲角增大,叶栅通道内二次流流动加剧,角区分离严重且分离提前。附面层抽吸能控制端壁低能流体向吸力面迁移的能力,明显改善静叶叶栅气动性能。     

压气机平面叶栅试验台中尾板调节的数值研究

针对压气机平面叶栅试验台中尾板影响叶栅出口流场周期性的特征,以包含高亚音静子叶栅的全尺寸叶栅试验台为研究对象,数值研究了尾板长度和角度改变时叶栅出口流场的周期性变化情况。结果表明：相同叶栅进出口压比情况下,尾板越长,叶栅进口马赫数越高;在高亚音马赫数进口情况下,不同进气攻角下的压气机叶栅流场在不同尾板长度下都保持较好的周期性;在较低亚音马赫数进口情况下,选取较长尾板并进行角度调节有利于改进不同攻角下叶栅流场的周期性。     

轴流压气机数值模拟中复杂湍流模型的对比研究

为了研究湍流模型对叶轮机械气动和流场特征的影响,本文在CFL3D求解器的基础上进行了二次开发,搭建了面向叶轮机械的数值计算平台CFL3D_Turbo,在此基础上以Durham压气机静子叶栅和NASA rotor37跨声速转子为例,分别对比了B-L模型,S-A模型,Chien k-ε模型,SST k-ω模型和k-ε-Rt模型等五种湍流模型的计算结果,考察了不同湍流模型对计算精度和计算稳定性的影响。结果表明五种湍流模型中,Chien k-ε和B-L模型的计算精度最差,k-ε-Rt模型的精度相对更高;S-A模型的计算稳定性和收敛性相对更好,而Chien k-ε模型的收敛性最差,k-ε-Rt模型的计算稳定性相对较差。     

正冲角下高负荷吸附式压气机叶栅数值研究

数值研究低速条件下边界层吸除对某高负荷压气机叶栅气动性能的影响.对该高负荷压气机叶栅原型进行数值研究,通过与前期试验数据的对比,校核商业计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算代码的可靠性.结果表明,计算得到的性能曲线与试验数据有较好的一致性,所应用的数值模拟手段是可行的;分...