叶轮倒角尺度对大流量离心压缩机气动和疲劳寿命的影响分析

为了分析不同倒角尺度对压缩机气动性能及疲劳寿命的影响,首先在控制离心叶轮主要结构参数不变的前提下,通过调整叶片根部及顶部倒角尺度得到一系列设计模型,其次通过数值模拟方法对不同设计模型的离心压缩机整级进行全三维稳态模拟并在设计转速下对离心叶轮进行强度计算,最后联合估算法及材料曲线计算叶轮部件疲劳寿命。结果表明：与倒角半径相比,倒角角度对气动性能的影响更加显著,在大流量点倒角角度造成等熵效率减小幅度达5%左右,总压比减小幅度达0.07左右;与倒角角度相比,倒角半径更有利于减小应力值;选取经验参数对不同倒角尺度的离心叶轮进行估算得到的疲劳寿命值与实验值偏差最大为3%,最小仅为0.09%。     

叶顶间隙对跨音速离心压气机气动性能影响分析

基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。     

离心压气机叶轮真实感图形绘制

本文给出了在配置ＴＶＧＡ图形卡高分辨率彩色显示器的３８６微机的显示器屏幕上绘制离心压气机叶轮真实感图形的方法。图例表明叶轮的真实感图形具有更强的立体感，真实感，对于叶轮设计，选型，加工都有较大的价值。由于本文方法以微机为工具便于推广应用，方法的细节略加变化，可用于其它几何形状复杂的机械产品的效果图绘制和计算机辅助设计。     

离心压气机叶轮叶片加工干涉计算机辅助分析

<正> 1 前言离心压气机叶轮叶片的形状,对叶轮的流场和性能有重要的影响。为了研制高性能的压气机,在给出叶片叶轮形状之后,需进行叶轮三元流场计算。根据流场情况,调整叶片叶轮形状,以优选出流场好、预期性能较佳的叶轮。在叶轮转速高的情况下,还需进行叶片动静强度校核,以保证压气机能持久安全的运行。加工压气机叶轮时常存在干涉(过切)现象。文献[1]曾对此进行过分析探讨,指出用指状或柱状铣刀的侧面加工叶片时,铣刀面同一母线上各点法线方向相同,而非可展曲面的直纹面叶片的直母线上各点法线方向     

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.     

压气机级间抽气对下游叶片排气动性能影响的数值研究

以某重型燃气轮机压气机的级间抽气段为研究对象,数值研究了轴流压气机级间抽气对下游叶片排气动性能的影响。数值研究结果表明:随着抽气流量的增加,下游动叶上端壁附面层厚度逐渐变薄,进口轴向速度逐渐增加;上端壁动叶前缘的高压区范围扩大,吸力面低压区范围增大;动叶叶顶附近效率升高明显,整体效率略有增大。     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件,对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响,提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显,当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时,叶轮流道内低速区增大,流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置,可以改善叶轮内部流动情况,提高叶轮性能。     

叶片后弯角对车用离心压气机性能的影响

对比分析了6种不同转速下压气机性能的试验与仿真结果.在验证了ANSYS CFX软件用于压气机性能模拟分析中的可靠性后,采用数值模拟方法对3种不同叶片后弯角的叶轮进行了性能计算,得到了相关转速下的压气机特性曲线.仿真结果表明:在不改变压气机出口静压时,在一定的叶片出口角范围内,叶片后弯角的增加使两条特性曲线均向小流量方向偏移,但近喘振点边界得到了拓展,使得压气机的流量范围变得更宽;在小流量区域内,叶片后弯角的增大能够改善压气机内部流动状况,提高叶轮工作效率;而在大流量区域内,较大的叶片后弯角会使叶轮的流通特性降低,叶轮的工作效率反而会降低;适当增加叶片后弯角可以增大压气机工作范围,使压气机效率和流道内的流动均得到提高和改善.     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

基于Krain离心压气机叶轮的叶型优化

本文以设计压比为4.7的Krain离心叶轮为研究对象,以设计工况下多变效率为优化目标,对压气机叶型进行优化。采用CFX软件对其进行数值模拟,通过对内部流场分析发现叶轮入口存在较强的激波;基于ANSYS Design Exploration平台,采用Bezier曲线对该离心叶轮的叶片中弧线进行参数化,通过改变Bezier曲线控制点得出一系列设计叶型;对设计叶型进行数值模拟,筛选得出最优结果。优化后,设计工况下,叶轮多变效率提高0.84%,叶轮入口激波强度有所降低;同时也证明了使用ANSYS Design Exploration平台进行离心压气机优化的可行性。     

畸变强度对压气机气动性能影响研究

以Stage 35为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX开展进气总压畸变对压气机性能影响的数值模拟研究。在70%叶高处安装插板式畸变模拟器,改变插板位置,得到3种不同畸变度的进气总压畸变。计算结果表明:当插板与动叶的距离分别为42,32和22 cm时,压气机压比分别下降了3.45%、3.66%和4.51%;效率则依次降低了5.10%、5.12%和6.95%;稳定裕度降低了25%、26.11%和26.62%。总压畸变会显著影响压气机内部流动,改变动叶进气角,导致动叶尾缘分离区域增大,尾迹损失增大;进口总压畸变度越大,压气机总压比下降越多,整机绝热效率越低,稳定工作裕度越小。     

遗传算法在离心压气机叶轮结构优化中的应用

利用遗传算法对离心压气机叶轮的结构进行优化设计。通过叶轮三无了流动的准正交面法计算得到离心压气机叶轮的增压经,以离心压气机叶轮增压比作为遗传算法优化设计的目标函数进行计算,获得最佳的离心压气机叶轮的结构设计参数,分析计算结果和流动曲线,验证遗传算法在离心压气机叶轮结构优化中的可行性。     

离心压气机叶轮设计方法研究进展

对离心压气机设计方法进行了总结。把离心压气机设计方法划分成几何设计方法和气动设计方法，认为几何设计方法正在逐步被气动设计方法所代替；对目前工程实际设计中使用的离心压气机计算机辅助集成设计系统所包括的各子系统及其相互关系进行了总结；对最近二十年内出现的全三维设计方法进行了简要介绍；并且对离心压气机设计中可能出现的新方法进行了展望。     

弹片参数对风力机叶片翼型气动性能影响研究

为提高风力机叶片翼型气动性能,在NACA0018翼型上表面附加类似于鸟类羽毛的弹片,通过数值模拟方法研究弹片参数包括弹片角度、位置和长度对翼型气动性能的影响。结果表明：在失速攻角之前,弹片产生负面影响,而失速攻角之后,弹片产生预期效果,且在每个攻角下存在一个最优弹片角度,攻角越大,对应最优弹片角度也越大,但并非线性关系;失速攻角前,弹片位置越靠近尾缘,其带来的负面影响越小,而在失速攻角后,弹片越靠近前缘效果越佳,阻力系数最高降低67.04%,且失速攻角由14°推迟到16°左右;失速攻角前,弹片越短,弹片所带来负面影响越小,失速攻角之后弹片长度越长效果越好,阻力系数最大减小40%左右。     

某型压气机抽气对气动性能的影响研究

通过对某型压气机两级半在不同抽气量下的数值模拟,定量地分析了抽气量变化对压气机性能影响规律,得出了在不同抽气量下压气机性能参数沿叶高的变化规律以及气流冲角变化的规律,为进一步的优化设计指明了方向。     

离心叶轮内三维湍流流场的数值分析

应用LU -SGS -GE隐式格式和改良型高阶MUSCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩Reynolds平均的Navier -Stokes方程和低Reynolds数q -ω双方程湍流模型 ,对后弯角 30°的Krain离心叶轮在设计工况下通道内复杂的三维流动进行了计算。计算结果与实验数据符合良好 ,说明该方法适用于大逆压梯度流动的数值模拟 ,也可以用来深入研究离心压气机内各种复杂的三维流动现象。     

分流叶片前缘掠 对跨音速离心压气机气动性能的影响

对不同分流叶片前缘掠角(-20°~20°)的跨音速离心压气机流场进行了数值模拟研究,结果表明:分流叶片掠几乎不改变压气机的堵塞流量,前掠有扩展压气机工作范围、增加失速裕度的趋势,同时使性能提高,分流叶片前掠10°性能最佳,在最高效率点效率提高0.77%,压比提升0.91%;与原压气机相比,后掠性能有所下降。分流叶片掠对主叶片的影响集中在其叶片中部,对前端低能流体的径向迁移改善效果不明显;前掠使主叶片中部压差减小,减弱了通道中横向的压力梯度,减小间隙泄漏损失,后掠使泄漏损失增加;分流叶片掠对主叶片吸力面的斜激波影响甚微,对通道中部及其两侧的低能流体作用较明显,前掠抑制了压力面侧低能流团的发展,更好地改善了通道中部的分离流动,后掠使低能流团向分流叶片前积聚,流动损失增加。     

串列叶栅前后排叶片周向相对位置对离心压气机性能的影响

串列叶栅前后排叶片相对位置对串列扩压器的性能有重要影响.根据离心叶轮出口气流参数设计了一离心式串列叶栅扩压器,并利用数值模拟方法在前、后排叶栅周向相对位置分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%时对离心压气机级进行了计算和分析,研究周向相对位置变化对离心压气机性能的影响以及作用机理.数值模拟结果表明:随着前后排叶栅周向相对位置变化,后排叶栅前缘滞止高压区相对前排叶栅的位置发生了变化,影响了前排叶栅压力面的压力分布,从而改变了前排叶栅压力分布及大小;当前后排叶栅周向相对位置为30%时,扩压器性能达到最佳,使压气机总压比和等熵效率最大,稳定工作范围增大;前后排叶栅所形成的渐缩通道可抑制后排叶栅吸力面边界层的分离.     

扰流板对风电机组叶片三维气动性能影响的研究

对于风电机组叶片,由于大型叶片根部翼型较厚,易出现流动分离现象,为了提高叶片气动性能,利用雷诺平均方程(RANS),采用SST k-ω湍流模型进行了叶片三维气动性能的仿真模拟,并与Bladed软件的计算值进行对比,验证了该方法的可行性。仿真模拟结果显示：叶片根部压力面和吸力面压力曲线交叉,严重影响了叶片轴端的输出功率,而安装扰流板的叶片根部压力面流体速度呈梯度下降,压力增大,同时提高了吸力面的流速,从而增大了叶片两面的压力差。在低于额定风速条件下,扰流板可以提高叶片轴端的输出功率2.3%～2.5%,推力增长仅为2.0%;扰流板安装高度越高,其轴端输出功率提升效果越好。     

垂直轴风力机叶轮气动性能计算

分别采用CFD计算软件数值模拟和一维流管模型法对垂直轴风力机气动性能进行计算。数值模拟采用Fluent软件,流场计算使用添加附面层的非结构网格,通过计算得到垂直轴风力机非定常流动特性。通过引入能量损失模型修正,建立新的垂直轴风力机一维流管气动性能计算方法。分别使用两种方法对叶轮的气动性能进行计算对比,结果表明:两种方法所得结果一致性较好,均具有一定的计算准确性。