Flow Field Improvement by Bowed Stator Stages in a Compressor with Different Axial Gaps Under Near Stall Condition

The outlet flow fields of a low-speed repeating-stage compressor with bowed stator stages are measured with five-hole probe under the near stall condition when the rotor/stator axial gap varies. The performances of the straight stator stages are investigated and compared to those of the bowed stator stages. The results show that using bowed stator stages could alleviate the flow separation at both upper and low corners of the suction surface and the endwalls, and decrease the losses along the flow passage as well as the outlet flow angle. As the rotor/stator axial gap decreases, although the diffusion capacity of the compressor increases obviously, the outlet flow field in the straight stator stages deteriorates quickly. By contrast, little changes occur in the bowed stator stages, indicating that as the rotor/stator axial gap decreases, improved performance is achieved in the bowed stator stages.

带根部间隙的直、弯压气机静叶流场的实验

为了获得正弯静叶在动态压气机中的性能特点,分别对采用带根部间隙的直静叶和正弯静叶的重复级低速轴流压气机在不同流量工况下的静叶出口流场进行了实验测量,结果表明,正弯静叶对气流的扩压能力在设计工况和近喘工况下强于直静叶,在最大流量工况下弱于后者。设计工况下,流道内存在的两个主要旋涡结构,分别为上通道涡和刮削涡,且刮削涡在正弯静叶流道内的尺度要远小于直静叶流道中;最大流量工况下直静叶流道中的刮削涡明显增大而正弯静叶中则基本保持不变;近喘工况下分离严重,旋涡随之消失。考查出口气流角可以发现,正弯静叶对气流的折转能力在整个流量工况下都弱于直静叶,但沿叶高的分布更为均匀。

吸力面附面层抽吸对大转角扩压叶栅气动性能影响

为研究附面层抽吸对大转角扩压叶栅气动性能的影响,借助实验校核CFD方法,探究了沿叶片弦向吸力面不同抽吸位置及抽吸流量对损失的抑制效应。结果表明附面层抽吸技术可以很好的控制叶型损失,改善角区流动形态,吸力面最佳抽吸位置位于分离线起始位置处,且在小抽吸流量范围内,随抽吸流量的增大损失逐步降低,但降低幅度逐渐减少。

下端壁流向槽抽吸对高负荷扇形扩压叶栅性能影响的数值研究

为探究附面层抽吸对亚声速高负荷扇形扩压叶栅气动性能和流场结构的影响,利用数值方法对叶栅进行了下端壁流向槽附面层抽吸的研究。对比原型和各抽吸方案发现:下端壁附面层的抽吸可以有效抑制下角区低能流体的分离及回流,降低下角区总压损失并提升叶栅近端壁区域的扩压能力,但上角区分离会略有加剧。当抽吸质量流量为原型叶栅质量流量的0.50%时,抽吸槽起始于角区分离点下游附近的抽吸方案(EW2)效果最佳,叶栅整体总压损失降低27.65%,静压比提升8.69%。

附面层抽吸对带有叶顶间隙扩压叶栅涡量场影响

针对带有叶顶间隙的大转角扩压叶栅,采用实验校核的CFD方法分别研究了叶顶开槽、吸力面端部开槽及叶顶-吸力面端部组合开槽抽吸对涡量场的影响,结合涡动力学理论分析附面层抽吸机制。结果表明涡量是流场中自由涡的根源,其峰值区域严重堵塞流场,叶顶抽吸通过吸除径向潜流附面层控制泄漏流轴向涡量分布,降低了泄漏损失,而吸力面开槽消除了角区复杂分离结构,通过二者的组合,将涡量吸附至近壁面处,流场中损失模式趋于简单化。

小轴向间隙下直、弯静叶Clocking效应的实验研究

实验研究了采用直、弯静叶的某低速重复级压气机的Clocking效应在小轴向间隙下的变化情况,探讨了Clocking效应在小轴向间隙下影响压气机内部流动状况的机理。结果表明,当动、静叶间轴向间隙减小到原型间隙的67%时,压气机整体效率较原型有所提高,且采用正弯静叶时压气机效率提高的幅度要大于采用直静叶时。综合不同叶型和Clocking效应带来的效率收益,在设计工况下最多提高1.8%～1.9%,最大流量工况下则可达到2.8%。设计工况下最高效率点发生在一级静叶尾迹与二级静叶尾迹相重合时,最低效率则对应于一级静叶尾迹位于二级静叶流道中央时。

导流板影响SCR脱硝烟道气动性能数值研究

为研究300MW电厂SCR脱硝烟道内部气动流场,采用数值模拟方法,在获得原始流场烟气分布规律的基础上,分析了入口段扩张流道导流板对速度场的影响。结果表明:导流板可以很好的改善扩张流道内烟气的流动性能,一定程度上均化了催化剂前的速度分布,随着导流板数量的增加,扩张流道出口的速度偏差系数逐渐减小,而催化剂前的逐渐增大,其中在减小反应器中间高速区方面,最佳方案为Case 2。

周向抽吸槽位置对跨声速压气机转子气动性能的影响

为了探究机匣周向抽吸槽位置对跨声速压气机转子气动性能的影响,利用数值仿真方法对其进行了研究。在抽吸流量为原型跨声速压气机转子近失速工况主流流量的1%时,对转子压气机原型与加入四种不同位置机匣槽抽吸处理的改型做流动特性的对比分析,结果表明:机匣周向槽抽吸槽可以改善激波结构,削弱甚至消除叶顶侧的低能流体积聚,使上端壁附近的流动更为顺畅。作用在低能流体中心位置的机匣抽吸槽对流动的改善效果更好,效率提高2.7%。

近失速工况跨声速压气机静叶端壁附面层流向槽抽吸数值研究

通过CFD数值模拟方法,对近失速工况下跨声速压气机静叶端壁附面层抽吸进行研究,分别讨论了压气机静叶端壁前缘开槽吸气、靠近端壁尾缘开槽吸气和组合抽吸这三种方案对静叶气动性能的影响。结果表明:静叶端壁前缘抽吸有效减薄了附面层抑制了端壁角区分离,明显降低了损失,有效拓展了喘振裕度。而靠近端壁尾缘抽吸方案中,只是抽走了分离区内的低能流体,效果不明显。组合抽吸方案的抽吸效果则介于前两者之间。

采用二次收敛的低速扇形叶栅收缩段设计方法研究

介绍了一种采用维托辛斯基曲线和二次收敛将紊流段圆形出口转为扇形出口的收缩段设计方法,并对收缩段内的流动情况进行了数值模拟,通过对不同方案下的出口气流不均匀度、速度、压力、角度和收缩段内的加速性进行比较,发现在本次设计中,收敛段选取600mm,同时各添加60mm延长段的方案效果最佳。

非对称附面层抽吸对高负荷扩压叶栅旋涡结构的影响

为了改善高负荷扩压叶栅流道内旋涡结构,达到降低流动损失,提高气动性能的目的。本文借助实验校核CFD方法,对某高负荷扩压叶片进行了非对称孔式附面层抽吸。使用Q准则作为本次旋涡判定的准则,并对原型及抽吸方案的损失和涡量场进行了分析,并对其建立了旋涡结构模型。在原型方案中,由通道涡与集中脱落涡的掺混形成的角区损失占出口损失的主要部分,采用非对称抽吸后,抽吸侧内角区损失有明显的减弱,但非抽吸侧的损失沿展向和周向迅速扩展。

某对旋轴流风机定常与非定常流场的实验研究

采用45°斜丝热线风速仪(HWA),在近最高效率和近失速工况下测量了一台两级对旋轴流风机的定常与非定常流场。结果表明,近失速状态下的损失增加主要集中在两列动叶之间叶顶附近区域,此区域内,近最高效率状态下时,后级动叶的位势流影响略占优势;而近失速状态下时,前级动叶的尾迹影响占主导地位。

端壁附面层抽吸对大转角扩压叶栅旋涡影响的实验研究

为探明附面层抽吸技术对压气机叶栅气动性能的影响及其与栅内旋涡结构的关联,通过十个横截面的实验测量结果研究了高负荷压气机叶栅抽吸端壁附面层前后的主要旋涡结构以其对应损失的演变过程。研究对象为矩形低速扩压叶栅,来流马赫数约为0.23。研究结果表明,端壁附面层的变化对叶栅端区的主要旋涡发展过程影响显著。在原型方案中,壁面涡、尾缘脱落涡的演变过程对应着较高的流动损失,通道涡自身产生的损失较小,主要起到向远离端壁的方向输运低能流体的作用;在流向槽吸气方案中,壁面涡和尾缘脱落涡因端壁附面层径向迁移及角区分离受到抑制而被明显削弱;而来流附面层抽吸方案则最为有效地控制了通道涡的演变过程。

叶尖泄漏与压气机叶栅三维角区分离相互作用实验研究

为了进一步揭示叶顶泄漏与压气机叶栅三维角区分离流动的相互作用机制,采用五孔气动探针测量了叶栅出口截面气动参数,并对机匣端壁静压进行了测量,详细分析了不同间隙尺寸及来流角度时压气机叶栅间隙流对角区三维分离流动的影响机理。研究结果表明,适当大小叶顶间隙引入的泄漏流阻止了端壁二次流动与叶片吸力面附面层之间的相互作用,移除了三维角区分离,改善了叶栅性能。随着叶顶间隙尺寸及叶栅内气流折转程度的增加,叶顶泄漏涡与上通道涡间的相互作用程度逐渐增强。

轴向间隙对压气机时序效应影响之一：总性能

本文实验研究了在不同动、静叶间轴向间隙下静叶时序效应对某低速轴流压气机气动性能的影响．结果表明,相同轴向间隙下,时序效应对效率的影响随流量增加而增强,但对压比基本没有影响；在不同轴向间隙下,设计工况效率在67%轴向间晾时最大,33%间隙时最小,且最高、最低效率的静叶时序位置有所不同．综合变轴向间隙和时序位置的影响,压气机设计工况效率最大可提高1．0%,最大流量工况处可提高2．3%．但是随着轴向间隙的减小,压气机喘振裕度有所下降．

端壁抽吸位置对大转角扩压叶栅流场及负荷的影响

实验研究了低速条件下在端壁近吸力面处进行附面层吸除对某大转角扩压叶栅性能的影响。对叶栅出口截面参数和叶片型面静压进行了测量,并在叶片表面及端壁进行了墨迹流动显示。结果表明,端壁抽吸主要影响了吸力面/端壁角区,重新分配叶片根部负荷。在角区未发生分离的位置开始抽吸可有效推迟叶栅内的角区分离,降低损失,改善叶栅端区流动;而在角区已经发生分离的弦向位置开槽吸气则引起了局部回流,恶化了流场,增加了低能流体的掺混和气动损失。

非对向法和混合编程在叶栅流场测量中的应用

基于气动探针非对向测量原理,给出了求解叶栅流场气动参数的凸四边形插值计算方法,并通过VB与Fortran混合编程,利用动态链接库技术在不同语言间实现数据交换,开发了集计算、显示及分析为一体的叶栅风洞实验数据可视化处理系统。不同计算方法的对比分析表明:该方法提高了计算精确度和工作效率,其原理对采用非对向测量方法的其他气动测量仪器(如热线风速仪)也是适用的。

涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究

针对一种高负荷涡轮叶栅,利用低速矩形叶栅风洞实验研究叶顶间隙泄漏流动.研究了不同叶顶间隙和不同来流冲角情况下,涡轮叶栅的流场结构和气动性能.研究工况包括无间隙,0.5%、1.0%、1.5%叶高间隙和±10°、±5°、0°冲角.通过五孔探针获得矩形叶栅出口截面上总压、气流角以及速度分布;通过叶片表面开设的静压孔,获得叶片中部以及靠近叶顶截面的叶片表面静压分布.实验结果表明:叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况,涡系结构发生了改变.随着叶顶间隙的增大,叶栅总压损失增加,气流偏转不足/过偏现象加剧;随着冲角的增大叶栅总压损失增加.

不同宽度吸力面小翼控制压气机叶栅间隙流动的实验研究

为了进一步揭示吸力面叶尖小翼控制压气机叶栅间隙泄漏流动的作用机制,实验研究了三种不同宽度吸力面小翼在3%弦长间隙下对压气机叶栅气动性能的影响,并建立了带吸力面小翼的压气机叶栅旋涡结构模型。研究结果表明,吸力面小翼使得泄漏流在翼顶通道内发生掺混,延缓了泄漏涡的形成并降低了泄漏涡强度,三种宽度吸力面小翼分别使叶栅损失降低6.9%,7.7%和8.2%。吸力面小翼对叶栅损失值的降低量并不与其自身宽度增加量成线性关系。较大宽度的吸力面小翼会导致近端壁区气流欠偏转程度增加及泄漏流掺混损失等附加损失增大。

轴向间隙对压气机时序效应影响之二：截面特性

本文实验研究不同轴向间隙、不同静叶时序角度对某低速轴流压气机出口流场的影响。结果表明,当一级静叶尾迹位于二级静叶流道中央位置时对应压气机最低效率状态;一级静叶尾迹重合或接近于二级静叶尾迹时对应压气机最高效率状态。随着轴向间隙的减小,压气机的扩压能力逐渐增强,通流能力下降。此外,设计工况下压气机输入功率也随轴向间隙的减小而增大。综合考虑轴向间隙对压气机扩压能力、通流能力及输入功率的影响,推测存在一个最佳轴向间隙,使得各项因素达到最优匹配,实现压气机的最佳性能。