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%。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

压气机叶片多工况气动优化设计研究

采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计,并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明,压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变,并且叶片稳定工作范围有所扩大。     

跨声速压气机转子前缘积叠线的数值优化设计

采用数值优化方法对跨声速压气机转子NASA rotor37前缘积叠线进行了数值优化设计.本优化设计以绝热效率为目标函数,总压比与质量流量为约束条件,进行单目标有约束的优化设计.详细地分析对比了几何形状、总体性能及流场的变化.结果表明,叶片后掠并且加入弯曲,其激波的波形变得倾斜.在中部,强度有所削弱;在底部区域,激波有所后掠.同时指出,单一工况点的设计对变工况性能的控制能力不足.     

模拟退火算法在三维气动优化设计中的应用

首先对所开发的模拟退火算法进行函数验证,然后与实验设计、三维流场求解程序、二次多项式响应面近似模型结合,提出了一套省时的气动优化设计体系。应用该优化方法对跨音压气机动叶以绝热效率最大为目标进行气动优化设计,优化后叶片绝热效率提高约1.58%,并且具有良好的变工况性能。结果表明了所开发优化设计体系省时、高效的特点。     

地面重型燃气轮机压气机叶型的优化设计

将优化理论引入压气机叶型设计,建立了具有自动优化设计能力的平台。该平台由自主开发的二维叶型生成程序、网格生成软件Gambit、流场计算分析软件CFX以及自主开发的优化模块组成。以某地面重型燃气轮机压气机叶型为优化对象,以总压损失系数为目标函数,流场分析中考虑转捩情况。优化设计之后,叶型气动性能有较明显改善。设计工况下叶型总压损失系数较原型下降了3.63%,非设计工况下的性能也优于原型。     

基于数值优化的跨音速压气机动叶三维设计

实验验证了三维粘性流场求解程序,然后采用基于梯度法的数值优化程序对跨音压气机动叶积叠线进行优化设计,得到了弯掠结合的三维叶片,并对其进行了数值模拟及详细的流场分析.结果表明采用弯掠的三维动叶可以有效的改变叶片排内三维激波结构,降低尾迹损失,显著提高动叶的整体绝热效率,并使动叶具有更加良好的变工况性能.     

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。     

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.     

氦气离心压气机高压比设计研究

氦气离心压气机是预冷发动机氦回路的核心部件,但国内对氦气离心压气机的相关探究较少。为探究氦气离心压气机的压比设计方法,从离心压气机进口和出口速度三角形的角度,分析了出口安装角、滑移因子以及进气负预旋对叶轮做功的影响。提出了基于低出口安装角、高滑移因子和进气负预旋的高压比设计方法。根据此方法设计出了总压比为2.521、等熵效率为83.2%、喘振裕度为18.55%的氦气离心压气机,并通过数值模拟的方法对此压气机的气动特性以及流场进行了分析,证明了高压比设计方法的可行性。     

两区模型离心压气机性能预测方法研究

为获得有效的压气机性能预测方法,基于车用涡轮增压器压气机性能试验数据,重点研究了两区模型离心压气机性能预测及标定方法.研究结果表明:该预测方法仔细考虑了压气机内部扩散和损失过程,综合考虑逆压梯度黏性流动过程影响,标定方法简单实用,能方便地应用于工程设计;该性能预测方法也能有效预测涡轮增压器离心压气机流量特性及喘振、堵塞边界特性,能够反映出压气机的全工况性能;与试验结果相比,预测压比与试验压比差值小于3 %,预测绝热效率差值小于5 %,在高转速跨音速工况下预测喘振堵塞流量差值小于0.06.     

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。     

离心压气机弯管进口畸变非定常特性

采用数值模拟计算的方法研究了90°弯管对涡轮增压器装配的离心压气机进口流场产生的畸变,比较了两种不同轴向位置弯管所致的进口畸变对压气机性能的影响,并对压气机内部的三维非定常流动进行了频域分析.结果表明,弯管畸变对离心压气机性能的恶化程度与弯管所在位置有关,距离叶轮进口较远的弯管影响较大.畸变引起压气机性能在大流量时有明显降低,在小流量时性能恶化程度较小.弯管畸变导致叶轮进口前的压力脉动增强,大流量时改变了叶轮流道上游和叶顶间隙内的压力频谱结构,显著提高了转子基频的扰动强度.同时畸变也造成了叶片振动和蜗壳舌部噪声的恶化,在小流量工况下的作用更加明显.     

某燃气轮机低压压气机加级设计方法研究

以某燃气轮机低压8级压气机为母型,开展加零级改进设计。通过对母型机进行分析,合理地选取匹配点,对压气机零级进行了一维、二维气动设计,最后对零级压气机叶片进行三维造型。数值结果表明:新设计压气机在设计转速7 450 r/min下,流量为123 kg/s,总压比为6.125,等熵效率为88.3%,喘振裕度为32.8%,达到了设计指标;新设计零级与母型机流场匹配较好;通过对压气机变工况性能进行分析,各主要运行工况喘振裕度满足10%设计要求。     

轴流压气机叶片优化设计

开发了基于梯度法的数值优化程序,并与三维粘性流场求解程序相结合对跨音压气机动叶片进行了以绝热效率最大为目标的三维气动优化设计。先对其进行了沿弦长方向掠设计,绝热效率可提高约0．65％。再对所得掠叶片进行叶型中弧线优化设计得到最终叶片,与初始叶片相比绝热效率提高达1．05％。优化结果表明,动叶片的单纯掠型叶片改进气动性能有限,而弦向掠与中弧线的联合优化设计可以显著改善叶片排内流动状况,并具有良好的变工况性能。     

低比转速离心压气机子午型线多目标优化设计北大核心CSCD

以某前/尾缘组合掠型低比转速离心压气机叶轮为研究对象,选取叶轮子午流道型线控制点坐标作为优化变量,结合拉丁超立方试验设计方法构建样本数据库。通过样本数据的训练,建立探索优化变量与气动性能之间非线性关系的Kriging预测模型。基于预测模型,采用SPEA–Ⅱ多目标优化算法进行多变量寻优,以实现设计工况和非设计工况下等熵效率最大化,并对叶轮流场进行整级计算和分析。优化结果表明:设计工况和非设计工况下,压气机等熵效率分别提高了2.69和0.45个百分点;整级压比在大流量工况有所提升,而在小流量工况略有降低;堵塞流量增大,稳定运行范围拓宽。从叶轮流场可以看出,优化后叶轮子午流道前段曲率减小,流道间隙泄漏和流动分离受到抑制;后端流道高度降低,流道扩压度减小,增加了出口处气流速度,低速流团的流动损失降低。     

离心压气机不同结构方案的内部流场数值模拟与试验对比

针对离心压气机的传统设计,提出一种简化压气机设计的方法,该方法采用三维流场结合SLS快速成型样机的方法,在对不同结构方案的压气机输出流量、压力等参数进行数值模拟的基础上设计,制造了压气机样机,并进行了试验.使压气机具有结构简单,体积小,制造简单,可靠性高等优点.表明采用该方法设计可为以后增压器的压气机相关研究提供有益参考.     

叶轮结构参数对压气机性能影响数值分析

针对车用涡轮增压器的唯一对气体做功的部件——叶轮,应用ANSYS CFX软件数值模拟的方法,对离心压气机内部流场进行研究,分析叶轮各结构参数对压气机性能的影响,并将模拟计算结果与性能实验数据进行对比分析,为选取显著性结构参数、进行叶轮优化设计提供理论支撑。     

基于F级燃机压气机的跨音级特性数值分析

以F级重型燃气轮机压气机的跨音级为研究对象,采用三维数值模拟方法计算了不同转速下压气机的性能曲线,并在设计转速下,对其内部流场进行了分析研究.研究结果表明:所使用的计算方法能够很好地计算出跨音级压气机全工况特性,并通过典型工况点的计算,研究了跨音级叶栅内部流动的特点,为跨音级的改进设计工作提供依据.     

某型低压压气机气动设计

采用以试验为基础的二元方法配之三元校算,设计出了性能优良并满足预定技术要求的某型低压压气机。全台试验结果表明,这台压气机未经调整,其流量、压比、效率已经达到了设计指标,优选工作点后性能更佳,压气机低工况性能好,有可用的稳定工作范围,出口流场均匀。