基于SPOD方法的压气机转子叶顶区域非定常流动分析

为了研究叶顶区域非定常流动特性,对跨声速轴流压气机转子NASA Rotor37在多工况下进行了三维非定常数值模拟,采用谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition,SPOD）方法从叶顶区域流场中提取出时空耦合的单频相干结构进行分析。研究结果表明：相比于常规分析方法,SPOD方法能够高效地从非定常流场中识别出流动特征,有助于揭示叶顶区域流动规律;在“小流量”工况下叶顶区域流动呈现出强的非定常性,且随着质量流率的减小叶顶区域非定常流动增强、波动范围增加、波动频率呈现出“阶跃式”下降;造成叶顶区域流场非定常周期性波动的主要原因是叶顶间隙泄漏涡破碎区的扰动以及叶顶间隙泄漏涡破碎后与主流相互作用所形成的叶尖二次涡的波动。     

跨声速压气机转子非定常流场的DMD模态分析

采用动力模态分解(DMD)方法对跨声速轴流式压气机转子叶尖区域的复杂流场进行分析。通过DMD分解技术捕获转子叶尖流场的动力学信息和对应的流动结构,选取小质量流量工况下的非定常计算结果为基础数据,得到该工况下99%叶高平面上流线方向速度、径向速度的DMD模态云图以及特征频率,评估了DMD方法分析跨声速压气机叶尖非定常流动特征的能力。结果表明:DMD方法能捕捉到转子叶尖非定常流场的特征频率,第二阶DMD模态的频率与转子叶尖区域小质量流量工况下的振荡频率相等,其他较高的几阶模态频率正好是振荡频率的倍频;提取的前四阶DMD模态中,第一阶模态与均匀流场较为相似;流场振荡主要由低阶模态引起,高阶模态只是流场信息的补充;在一个波动周期内,叶尖区域流场存在正负速度的交替变化过程。     

跨声速轴流压气机失速机理探究及失速过程的模态分解

为研究跨声速轴流压气机的失速机理,结合节流阀模型对跨声速轴流压气机NASA Rotor 35转子进行多流道数值模拟。为进一步探究跨声速轴流压气机在整个失速过程中流场的变化特征,应用本征正交分解(POD)方法对失速过程中叶顶区域的流场进行分析。结果表明:失速起始于叶片顶部区域,逐渐发展为失速团,并以低于转子转速作同轴同方向旋转;通过对比不同时刻的流场特征,前缘溢流在整个失速发展过程中始终存在,可作为流场开始出现恶化的判断依据;识别出失速过程中流场中存在的大尺度流动扰动结构。     

间隙变化对轴流压气机转子近失速工况叶顶流场的影响研究

为研究间隙变化对轴流压气机转子近失速工况下叶顶流场结构的影响,以轴流压气机转子Rotor37为研究对象,对其叶顶流场进行定常和非定常的数值模拟。计算结果表明：随着叶顶间隙的减小,压气机的总压比和等熵效率均有所提高,稳定运行范围扩大;2倍设计间隙下,叶尖泄漏涡经激波作用后发生膨胀破碎,堵塞来流通道,诱发压气机堵塞失速;0.5倍设计间隙下,吸力面流动分离加剧,发生回流,部分回流与来流在压力面前缘上游发生干涉,进口堵塞加剧,致使部分来流从前缘溢出,导致压气机叶尖失速;不同间隙下压气机失速过程的主导因素不同,大间隙下失速由叶尖泄漏涡破碎的非定常波动引起,小间隙下失速主要由流动分离引发的周期性前缘溢流所主导。     

轴流压气机流动的控制技术

据《ASME Journal of Turbomachinery》2005年7月号报道，通过求解利用高阶方式离散化的非定常雷诺平均的纳维尔一斯托克斯方程，得到的结果表明在宽广的冲角范围内通过抽吸和吹除附面层可以有效地控制无序不稳定的分离流动，导致提高了轴流压气机叶栅时间平均的气动力性能。     

轴流压气机可调进口导叶叶顶间隙的数值仿真

为了研究分布式能源燃气轮机可调进口导叶的叶顶间隙,以某型燃气轮机跨音速级的轴流压气机为 研究对象,采用NUMECA软件对可调进口导叶的不同叶顶间隙方案进行了数值模拟,分析了可调进口导叶叶 顶间隙的仿真方法,以及对压气机跨音速级性能的影响。结果表明:若忽略可调进口导叶的部分间隙,将减 小压气机的堵塞流量,增大高负荷工况的效率;部分间隙的泄漏流增加了可调进口导叶叶顶区域的总压损 失,增大了下游动叶的人口冲角,并改变了近堵塞工况时下游动叶内的激波结构。建议在三维仿真时,不可 忽略可调进口导叶的部分间隙结构     

转速对跨声速轴流压气机的性能影响分析

为了研究跨声速压气机内部流动失稳对压气机性能的影响,对跨声速轴流压气机NASA转子37进行三维定常数值模拟,研究不同设计转速下跨声速轴流压气机稳定运行及内部流动失稳现象。研究发现：转速不变时近堵塞点的等熵效率高于近失速点;随着转速降低,压气机稳定运行范围变宽、效率增大及流动损失变小;压气机叶栅通道出现堵塞情况的叶高截面范围随着转速的降低而逐渐增大,这导致压气机叶片在近失速点处的流动失稳情况变严重。     

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.     

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SSTκ-ω湍流模型,应用PISO算法对叶项间隙内的非定常流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在丁／4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T／2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面．     

无叶扩压器中非定常流动的DMD模态分析

采用动力模态分解(DMD)对离心压气机无叶扩压器内的复杂流场进行分析,选取1.8kg/s设计工况和1.4kg/s非稳定工况下的非定常数值计算结果为基础数据,得到这2种工况下10%叶高平面上切向速度、径向速度的模态云图以及特征频率,评估了DMD方法分析离心压气机非定常流动特征的能力.对不同特征频率下的流场进行重构,直观深入地再现了无叶扩压器内部非定常流动的变化过程.结果表明:在小质量流量下,叶片扫描频率的影响效果虽然仍占据主导,但受到抑制;捕捉到失稳频率约为193Hz,失稳模态在扩压器内沿周向占据3个固定的位置交替波动,不稳定波动沿扩压器周向并不存在旋转.     

增压器压气机叶顶间隙对柴油机性能的影响

基于两种不同压气机叶顶间隙,研究叶顶间隙对压气机效率、压比等增压器性能参数以及动力经济性、常规气态物排放、进排气情况等柴油机性能参数的影响。结果表明:相同工况下,小叶顶间隙压气机的效率比大叶顶间隙压气机高约3%且高效区域范围更大。装有小叶顶间隙压气机时进气流量增幅达6%;进气中冷后温度有所降低,最大降幅为19%;发动机动力输出增幅达2%;NOx体积排放量减少,最大降幅为15%;THC体积排放量增加,最大增幅为100%。叶顶间隙对CO排放、CO2排放、发动机排气背压及比油耗基本无影响。     

弯掠动叶对压气机非定常性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级原型级和弯掠动叶改型级进行了非定常数值模拟,研究非定常条件对两种压气机级总性能参数的影响,数值研究结果表明:非定常条件下,弯掠动叶级的绝热效率在每一瞬时都高于原型级,弯掠动叶级效率的非定常波动范围和幅值较原型级都有所降低,并且其非定常波动的相位发生了改变。     

单级轴流压气机周向槽与梯状间隙结构的对比

在验证了计算模型的可靠性后,对单级轴流亚音压气机进行了71%设计转速下,实壁机匣,周向槽机匣与梯状间隙结构工作特性的数值模拟。结果表明,周向槽机匣与梯状间隙结构都能在一定范围内起到扩稳作用。周向槽的作用更多地体现在对叶片前缘叶顶泄漏涡的控制上,因此更适于设计在叶片通道的前半段。梯状间隙结构在叶片通道前半段与后半段都能起到扩稳作用,只是施于叶片前缘时,压气机效率损失较大,而施于叶片尾缘时,可以减小叶片尾迹分离区的面积,对提高压气机效率有益。     

基于轴流压气机级空间的流型设计

由于轴流压气机传统的设计方法不完善,使得基于此种方法设计的机组效率低下。现在由于流体力学和空气动力学的发展,以及人们对叶轮机械内部流动规律的认识在实践中得到了验证,在此基础上,研究的是基于轴流压气机级空间的流型设计,对不同流型设计的方法和特点进行了简要分析,并对等环量方法进行了Matklb仿真与分析。     

基于LES的压气机叶栅通道非定常流动结构研究

为了进一步理解压气机叶栅通道内的非定常流动结构,采用大涡模拟(LES)方法研究了来流附面层厚度和稠度变化对叶栅通道内涡系结构及总压损失系数的影响。研究表明：来流附面层增厚将导致端壁处流体的轴向动能降低,使得马蹄涡压力面分支更早地流向相邻叶片吸力面;来流附面层越厚,通道涡在叶栅尾缘沿展向抬升的高度越高,角区分离的范围也越大;叶栅的总压损失随附面层增厚而增加,附面层损失增加显著,二次流损失有所增大;稠度较低时叶栅吸力面表面存在分离,会对通道涡及角区分离产生影响;稠度增大,横向压力梯度减小,叶栅流道的速度分布更均匀,通道涡的强度和尺度减小,角区分离的范围减小;稠度增大使叶表不再分离时,总压损失显著降低,但稠度继续增大会使气流与叶片表面的摩擦损失增加。     

基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法

从压气机特性计算统计法的基本思想出发,对多台轴流压气机喘振试验数据进行了整理分析,总结了同类型压气机喘振边界上参数变化的一般规律,在此基础上,将压气机设计转速下的喘振参数与其非设计转速下的喘振参数进行相互关联,提出了一种基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法.通过与试验结果的详细对比.表明本文所建立的经验方法能够...     

不同转速下某跨音速轴流压气机的性能分析

为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。     

基于经验模态分解的桥式起重机振动模态分析

以机械系统模态分析理论为基础，分析了桥式起重机简支梁模型振动特性，提出了基于经验模态分解的桥式起重机模态分析方法。简支梁振动响应通过经验模态分解处理得到固有模态函数，分析表明固有模式函数与振动模式函数具有较高的一致性。最后通过简支梁振动实验验证了桥式起重机EMD分析方法的可实现性。基于EMD的桥式起重机模态分析方法对于在用、维修和改造桥式起重机的模态分析具有重要意义。     

叶片的周向前弯角度对低压轴流风扇叶顶泄漏流场的影响

基于4个具有不同周向前弯角度叶片(前弯1.27°,6.1°,8.3°,12°)的低压轴流风扇,对叶顶泄漏流场进行了实验和数值模拟.利用雷诺平均N-S方程组加S-A一方程湍流模型对叶轮在稳定工况点处进行了三维粘性流场的数值计算,分析了叶顶处叶片表面压力的轴向分布,计算结果表明:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的初始位置逐渐向叶片后缘移动.利用粒子图像测速仪(PIV)系统对叶轮的叶顶泄漏流场进行了实验测量,清晰地展示叶顶泄漏涡的发展过程,结果显示:随着叶片周向前弯角度的增加,叶顶泄漏涡的轴向位移"先减小后增大",周向位移"先增大后减小".     

带可调进口导叶的多级轴流压气机非设计点性能计算

多级轴流压气机为保证非设计转速下的性能,通常采用进口导叶(IGV)以及静叶可调的扩稳方法。为获得可靠的进口导叶性能以用于压气机初步设计和扩稳方案的初步筛选,基于Banjac和Petrovic等提出的IGV损失和落后角模型与平均中径计算相结合,开发了带有IGV的多级轴流压气机性能分析工具。选用E3压气机作为算例进行计算分析,结果表明,所选用的IGV模型在较大开度内具有较好的精度和有效性。研究结果可以为多级轴流压气机初步设计和扩稳方案确定提供参考。