跨音压气机转子叶尖流场试验与分析

本文利用高频响动态压力测试技术测量了某跨音压气机转子叶尖间隙流场，其中包括对跨音转子叶尖漏流和激波／漏流干扰的细致流场特征．测试结果表明激波在机匣壁面处受漏流干扰的影响相当大，这一干扰分别来自于前缘漏流涡的干扰和叶尖第二次漏流对通道激波的直接冲击干扰，使激波结构呈“S”形.在低背压高攻角条件下，转子存在十分明显的尾涡．

跨音压气机转子叶尖间隙复杂流动观测

本文利用高频响动态压力传感器，在文献［１］的基础上，对ＷＰ１１压气机转子叶尖间隙 流场进行了流场测量。测试包括三个转速多个节流条件下的间隙流场。测试结果表明：激波总体位 置随节流加深而向上游移动，但吸力面最小压力点基本维持在４０％或２０％弦长处不变。当激波位 置在该点之后时，二次漏流直接冲击激波结构；当激波位置在该点之前时，激波结构基本只受前缘 漏流的影响。

压缩系统跨音进口级弯掠叶片空气动力学概述

转子叶片与静子叶片形状与８０年代前的通用形状已有所变化，三维弯、掠组合设计已成为重要的发展趋势。与之对应的当代气动设计理论被称之为跨音风扇弯掠叶片空气动力学。在简要回顾后掠风扇和后掠桨扇的发展背景前提下，对此分支的内涵进行了分析与讨论。初步提出进行跨音风扇弯掠叶片气动设计所应追加的工程准则。

基于低雷诺数条件的风扇/增压级气动设计

本文针对低雷诺数工作条件下的某风扇/增压级进行了通流设计、流道结构设计、各叶片排叶片几何设计及三维数值模拟。在完成气动设计循环、确定风扇/增压级流道结构形式和叶片叶型几何造型等根据设计需求进行的工作之后,使用商用软件NUMECA对该风扇/增压级12 km、0.6 Ma飞行条件100%和95%折合转速以及地面标准大气条件86.6%(简称87%)和80%折合转速的特性曲线进行了数值计算。前者用于考察巡航状态性能及流场特征,后者对应于地面起飞的最大状态。就目前设计方案的三维数值模拟结果表明,外函完全达到了设计需求指标的要求,内函除效率外,其它均达到设计要求。

运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

目的设计、开发在性能上能满足左心室辅助要求的轴流式心脏辅助泵。方法使用Numeca软件和运用现代叶轮机设计技术对人工心脏轴流血泵的内部流场情况进行数值模拟,对局部的回流、倒流和涡流现象进行改进,根据最终的数值模拟结果对流道和叶型进行设计。然后,对外轴承方案也进行数值模拟。结果通过Numeca软件的数值模拟后改进,大大抑制了轴流泵内部的混乱流动,改善了流动状况,提高了轴流泵的血液相容性。对外轴承方案进行初步的数值模拟结果表明,随着机匣扩展角的增加,倒流现象逐渐得到抑制,流动情况得到改善。结论本研究应用Numeca软件和现代叶轮机设计技术开发设计的轴流泵,在流体力学性能和血液相容性能上达到了左心室心脏泵的辅助要求。具有创新性的外轴承方案值得进一步探索。

高负荷跨音压气机转子的间隙效应

利用高频响动态压力传感器对一个具有 2 2级压比的跨音压气机级 (ATS 2 )进行了转子叶尖间隙流场测试研究 ,获得了多个转速不同节流状态下的转子叶尖内壁面静压场 结果表明 ,1 0 0 %转速时 ,除前缘贴体斜激波外 ,叶片通道内存在一道二次正激波 ,并在吸力面附近出现了一道较短的正激波 该波系随出口节流加深而向上游移动 ,并最终归并为前缘正激波 ,此时 ,级性能达到峰值效率 另外 ,比较了不同叶尖间隙机匣的总性能 ,结果表明 。

跨音压气机近失速状态的非定常特征

本文采用动态测量技术和非定常流动的分析方法，对高速跨音压气机近失速状态时，动叶顶部非定常流动的演变特征进行了实验研究。从时域、频域和流场特征的角度出发，探讨了旋转失速发生和发展过程中，流动失稳的物理机制．结果表明：远离设计工况时的失速先兆特征与临近设计工况时的先兆特征有着本质的区别。展示了非稳定分离流动与后续旋转失速成因的内在联系．

一种新型轴流式心脏辅助血泵的研制和初步的动物实验

目的研制开发一种新型的轴流式心室辅助泵,并对其基本性能和血液相容性能进行测试。方法应用计算流体力学(CFD)计算机辅助设计,利用五坐标数控机床上对其进行加工,并通过体外测试台和动物实验,对血泵的流体力学性能和血液相容性能进行了测试。结果轴流泵在后负荷为100mmHg情况下,流量在5L/min以上。动物实验中,血浆游离血红蛋白的含量为0.05g/dL。结论血泵体外测试所提供的输出压力和流量符合临床心力衰竭患者的需要,动物实验结果表明其血液相容性能较为满意,值得进一步改进。

基于混合遗传算法的压气机叶型自动优化设计

基于实数编码的自适应遗传算法与复合形法相结合,构成了自动优化设计所应用的混合遗传算法。与自适应遗传算法相比,混合遗传算法的局部搜索能力得到增强,运行效率有明显提高。压气机叶型定义采用的是Bezier函数参数化定义方法。该方法可以较好的拟合叶型曲线,并通过较少控制点的调节灵活有效地修正叶型。气动数值模拟采用的是基于求解二维N-S方程的CFD程序。对NACA叶型的正问题数值优化结果表明以混合遗传算法为基础的优化设计平台是十分有效的。

高负荷跨音压气机叶尖间隙流动的数值分析与比较

利用自行开发的叶轮机三维数值模拟软件对高负荷跨音压气机ATS-2转子进行了带叶尖间隙的三维流动数值模拟,并与实验的结果进行了比较。结果表明,数值模拟得到的流场结构与实验结果一致。对粘性与无粘结果的比较显示,由泄漏流所产生的激波后阻塞区是由激波-漏流干扰所致,粘性的作用将削弱其面积和强度。随叶尖间隙增大,激波后阻塞区的径向和轴向尺度增大,压比、效率和流量下降。

高负荷跨音压气机转子ATS-3气动设计

ATS-3的设计工作是在已有的设计较为成功的风扇压气机 ATS-2的基础上 ,进行细致的优化 ,主要是想提高失速裕度 ,也为高负荷、高压比跨声速压气机的设计提供更为直接、有用的设计数据。优化设计的重点是在根部应用可控扩散叶型的思想进行二维反问题优化、并对整体的安装角进行调整。其特性的数值模拟结果表明 ATS-3较 ATS-2有更大的失速域度 ,效率有所提高 。

压气机叶栅多点气动优化设计

采用Pareto排名策略和共享小生境技术,实现遗传算法的多点优化设计。压气机叶栅的多点气动优化设计是针对某初始叶栅同时优化不同来流攻角状态点的气动性能,使其达到攻角特性最优。压气机叶栅网格由NU-MECA/Igg软件生成,流场由NUMECA/Fine软件求解。多点气动优化设计结果显示出本文发展的优化设计平台能够较好的实现多点组合气动优化设计。

混合遗传算法的研究及其在压气机叶型优化设计中的应用

对混合遗传算法进行了初步研究,并以此为基础建立了压气机叶型优化设计平台。在遗传算法中引入模拟退火算法,增强了算法的局部寻优能力,提高了运行效率和优化质量。为维护群体的多样性,保证寻优的收敛,选择概率和交叉概率的设计可以随个体适应度和进化阶段的不同而自适应变化。二维叶型定义采用的是Bezier函数参数化定义方法。该方法可以较好的拟合叶型曲面,并通过少数控制点的调节灵活有效的修正叶型形面。对某压气机二维叶型的正问题数值优化结果表明本研究所建立的优化设计平台具有高效、可靠性好的特点。

应用多目标遗传算法的叶栅气动优化设计

采用Pareto排名策略和共享小生境技术,实现遗传算法的多目标优化设计.叶栅的气动性能通过求解二维Navier-Stokes方程获得.本文中压气机叶栅的多目标优化确定为在给定条件下同时追求高增压比和低总压损失系数.优化设计获得的Pareto解集显示出本文发展的优化设计平台能够较好的实现多目标的气动优化设计.

利用Bezier样条曲线进行叶轮机可视化设计

叶轮机的叶型设计最终将决定叶轮机的性能,进行可视化的叶型设计,有利于有针对性地直接实施叶型局部优化,提高优化效率。本文基于B ez ier理论,利用O penGL作为图形图像的开发工具,开发了一套对叶轮机二维叶型进行可视化设计的软件,经优化设计前后的数值模拟比较,修型后的叶栅总压损失系数明显下降。表明该软件可以直观有效地应用于叶轮机设计。

低雷诺数效应对某型风扇的性能影响及改进方案研究

高空、低马赫数条件下,低雷诺数效应对风扇/压气机的工作性能影响很大。为分析某型风扇的低雷诺数效应,采用Wassell半经验方法和三维数值模拟方法对该型风扇的高空气动性能和流场特性进行了分析和研究。为削弱低雷诺数效应的影响,重新设计了静子叶型并对改型设计的效果进行了评估。

低雷诺数效应对某可控扩散叶型性能的影响

为研究雷诺数效应对叶栅流动的影响,对某可控扩散叶型的平面叶栅流动进行数值模拟,计算在叶弦雷诺数分别为1×106,7.7×104,1.6×104,7.2×103和3.4×103条件下的不同攻角的流动情况,研究雷诺数对叶栅总压损失系数和攻角特性的影响。对叶栅性能和流场特性进行了分析,结果表明随着雷诺数的降低,叶栅流动的总压损失系数不断上升,低损失攻角范围逐步减小。

高负荷低速轴流风扇数值优化设计与实验研究

应用基于自适应遗传算法和复合形法发展的混合遗传算法数值设计平台ADOP,对某高负荷低速轴流风扇TA36A实施气动数值优化。该风扇设计转速2.9kr/min,三维数值结果近设计点流量7.482kg/s,绝热效率为84.54%,失速裕度为16.38%;优化设计后风扇TA36B数值模拟结果失速裕度提高了1.6个百分点,气动效率为85.31%,比原型略有提高。气动性能试验风扇TA36B失速裕度达18.84%,具有较宽的稳定工作范围。

风扇/增压级带间隙三维粘性流场数值模拟

使用三维数值模拟软件NUMECA(Numerical Mechanics Application)对双涵道风扇/增压级带转子叶尖间隙的粘性流场进行了三维定常流动数值模拟,获得了其设计转速下的流场特性.结果显示,随着外涵背压的升高,风扇顶部激波后阻塞区周向和轴向尺寸增大,激波变形加剧,继续提高外涵压比,则外涵效率和进出口流量下降.内涵背压的升高,使内涵各转子叶片顶部的泄漏流动影响范围向上游扩散.内涵背压过高,效率和进出口流量同样会有下降的趋势.同时通过和实验结果的比较表明,数值模拟软件模拟的风扇/增压级的三维定常粘性流场能够较真实的反映出转子叶尖间隙泄漏流场的结构特征,以及间隙对流场参数的影响.