整级端壁造型对压气机总体性能影响的数值研究

以NASA Stage35为研究对象,通过NUMECA/Design3d商用优化软件,采用人工神经网络(ANN)与多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的方法,在喘振点附近对压气机转子和静子轮毂进行优化造型,对流场结构、气动性能以及压气机稳定性进行分析。结果表明:非轴对称端壁削弱了转子通道内的二次流强度,消除了静子前缘的马蹄涡,压气机的气动性能得到明显改善,压气机在不同设计转速下的喘振裕度都有增加,工作的稳定性得到提高。

带后导叶轴流式通风机内流特征的数值模拟

动叶可调轴流式风机因具有较宽的高效区而得到广泛应用。利用Fluent软件,以OB-84型带后导叶的动叶可调轴流风机为对象,采用SIMPLE方法求解了N-S方程和Realizablek-ε湍流模型,模拟了叶轮径向和轴向特征流面在设计和非设计工况下的内流特征。研究表明:风机总压沿径向逐渐增大,压力面尾部存在高压区,吸力面处存在逆压力梯度,后缘处总压明显降低;偏离设计工况时,后缘处首先产生旋涡,并使部分流体回流,形成较大流动阻力;叶栅流道的总压呈线性增加,且主要来自静压;数值模拟所得风机全压和效率特性曲线与实验结果吻合良好,模拟结果能较好地反映该风机的总体运行性能。

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。

压气机特性通用数学表达式

压气机特性通用数学表达式张娜，林汝谋，蔡睿贤（中国科学院工程热物理研究所／北京１０００８０）关键词压气机，特性线１引言求解燃气轮机全工况问题首先要涉及部件特性和负荷特性的描述。各部件中，压气机实验花费昂贵，特性线数据一般很少公开发表。即便已掌握了特性...

离心压气机轮盘空腔流场计算与分析

通过对离心压气机与轮盘空腔耦合流场的计算分析,得到了轮盘空腔流动的基本流场结构和动力特性。在不同离心压气机工况和空腔泄漏流模式下,分析了轮盘空腔与离心压气机的耦合关系,给出了轮盘空腔对离心压气机流场细节、推力、功率和效率的影响及各自的变化规律,并说明了其内在机理。

基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法

提出了基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法。在确定设计空间及载荷后,采用带惩罚的变密度法(Solid Isotropic Microstructures with Penalization,SIMP)的结构拓扑优化技术,以多工况静力结构柔度和1阶自然频率为优化目标,建立了床身模结构拓扑优化模型,并在考虑工艺性的前提下,确定了床身板件焊接加强肋的最优布局。优化前、后的对比表明,优化后床身的静、动态性能均得到了显著提高,最大应力下降了13.39%,导轨刚度提高10.78%,1阶自然频率提高了9.28%。

高压离心式氧压机的结构强度分析及优化

离心式氧气压缩机正常工作状态时需承载高内压载荷,高强度承压机壳的设计是其结构设计问题中的难点。文中完成了三万等级离心氧压机在高内压条件下的仿真分析,考虑了上下机壳之间的接触问题和螺栓预紧力对结构强度的影响,重点计算了氧压机机壳、底座装配体的强度,并对氧压机整机进行了必要的模态分析。同时,完成了在水压试验时的氧压机上机壳的内压分析,得到了氧压机机壳可以承受的极限水压力。在满足设计、制造的安全性和合理性前提下,对机壳结构进行了优化,改善了机壳的应力分布,并在制造过程中节省超过7%的材料。

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。

级环境下离心压气机扩压器叶片气动优化设计

在级环境下采用人工神经网络和遗传算法在对设计工况下的离心压气机扩压器叶片型线进行了优化,并采用数值方法对优化前、后离心压气机级的气动性能进行了对比分析.结果表明:在设计工况下,优化后的叶片扩压器静压恢复系数提高了11.7%,总压损失系数减少了21.12%,离心压气机级绝热等熵效率提高1.64%,达到了86.01%;非设计工况下离心压气机的气动性能也有显著改善;优化后离心压气机级在设计转速下喘振裕度有所提高,阻塞裕度略有降低.

基于基元叶栅法的轴流式压气机变工况性能计算模型

基于基元叶栅法,建立了轴流式压气机的变工况计算模型,并采用变比热公式计算空气的热力参数;绘制了压比、等熵效率、折合耗功率和折合出口总温的通用特性曲线;计算了压气机的运行工况线。在此基础上,确定了压气机的喘振边界线。定量计算了IGV对压气机通用特性曲线的影响。建模过程中,考虑了空气相对湿度对压气机通用特性曲线的影响。算例表明,该模型精度较高,能够对具有IGV的压气机进行变工况计算。本文所做工作为进一步研究压气机的变工况性能奠定了基础。

某轴流式压气机气动不稳定的相关积分分析

研究了某轴流式压气机节流试验中的气动不稳定问题。运用非线性的相关积分方法对压气机机匣壁面沿程静压信号进行了分析。结果表明,压气机静叶通道机匣壁面给定点静压信号的相关积分值随着发动机工作状态的不同有规律的发生变化,反映了对应位置的流动分离状况;压气机沿程各级静叶通道机匣壁面静压的相关积分值可以反映不同工况时压气机各级叶尖的流动匹配情况;压气机第一级静子机匣壁面静压信号的相关积分值可以反映中低转速工况下放气带开关状态对转子端壁流态的影响。研究还表明,压气机静子机匣壁面沿程静压信号的相关积分分析是进行压气机气动稳定性监控诊断的一种有效手段。

端壁附面层抽吸对扩压叶栅内分离结构的影响

根据拓扑学原理,提出了适合叶栅表面的奇点拓扑准则,并针对某压气机大折转角子午扩张型导叶的流场进行了数值模拟。为了比较端壁抽吸对叶片径向二次流的影响,分别对展弦比为2.53和0.3两套叶栅进行端壁抽吸,其中上下端壁的抽吸量均为1%。针对计算结果,利用叶栅表面奇点法则分析了附面层抽吸前后叶栅内分离形态的变化,给出了其拓扑。结果表明靠近吸力面的端壁附面层抽吸改变了流场的分离性态,遏止了端壁角区的分离,并延迟和减小了吸力面的分离,从而在大部分叶高上使得叶片损失减小且沿径向分布趋于均匀。

变几何多级轴流压气机动态仿真模型的研究与应用

首先采用基于级平均直径上的一维流动逐级叠加法建立了变几何多级轴流压气机全工况性能预估模型,在此基础上,将压气机的级作为控制体,运用一维非稳态质量、动量和能量平衡微分方程来描述级出口截面处热力学参数动态特性,采用模块化方法建立各级集总参数模块,按照工质流程将各级的仿真模块连接起来即形成压气机通流部分机理性动态仿真模型。仿真试验表明:该仿真模型能够正确反映燃气轮机启动过程中与压气机有关的热力学参数变化过程,模型的动态响应特性与实际压气机热力参数的变化趋势基本一致。

总压畸变对小型风扇气动影响的数值模拟

利用全三维非定常数值模拟的方法,求解某小型风扇在进口单畸变区方波型总压畸变情况下的流场参数。详细分析了总压畸变对风扇流场参数的影响,并从幅频分析的角度讨论了总压畸变经风扇衰减,以及动静叶间干扰的现象。计算和分析结果表明,该方法可以清晰描述流场参数沿周向分布情况;进口周向总压畸变会引起进口参数的重新分布,造成高低压区边界上有明显的周向测流,并且其在经过风扇衰减的同时会引起总温畸变。另外,进口畸变度相同时,随着畸变角度增加,畸变扰动和叶列间干扰明显增强。

跨音轴流压气机动叶的三维弯掠设计研究

对一单级跨音轴流压气机中的动叶分别进行了前掠和正弯设计的参数研究,并根据研究得到的弯、掠动叶气动性能变化规律对动叶进行了前掠和正弯联合的三维设计,同时对动叶中部截面的叶型进行了二维设计以弥补弯掠动叶中部性能的降低.最终设计的跨音级性能显著提高,级最大效率提高3%,失速裕度提高40%,同时压比有所增加.数值计算结果表明,前掠和正弯叶片都可以使叶顶激波位置移向下游,降低激波强度,减轻叶顶激波与边界层和泄漏涡的作用.弯掠动叶控制激波强度和端壁流动的能力更加突出.

变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型

基于压气机级的综合特性曲线,采用逐级叠加法开发了静叶可调的变几何多级轴流压气机全工况性能预测模型。在计算中将低转速下不同的级特性曲线分别应用于压气机各级,建立每一级的性能计算模块;在合理假设的基础上,根据动叶速度三角形推导出压气机入口可调静叶(IGV)角度变化对压气机性能的影响;引入气体动力学函数和变比热计算公式,简化了计算,提高了模型精度。算例表明,本模型具有一定的适用性,基本上反映出压气机的全工况特性,较准确地体现了IGV调节对整台压气机性能的影响,为开发现代大型燃气轮机动态仿真模型提供较可靠的压气机性能计算数据。

跨音速轴流压气机间隙泄漏流流动特性研究

间隙泄漏流对轴流压气机的旋转失速造成严重影响,通过对跨音速压气机NASA转子37进行单通道非定常及多通道非定常数值模拟,单通道非定常计算揭示,在近失速工况下,叶顶存在间隙泄漏流自身非定常性,并且比较了两个不同背压条件下的非定常模拟结果,当出口背压较大的情况下,间隙泄漏流非定常性很不稳定,而当出口背压较小时,泄漏流非定常性稳定;多通道非定常数值模拟结果显示,在近失速工况下,当出口背压较大的情况下,间隙泄漏流非定常振荡,触发突尖型旋转失速先兆,具体表现为叶尖前缘间隙泄漏流溢出,而当出口背压较小的情况下,间隙泄漏流非定常性始终较为稳定。

弯曲叶片在压气机中的应用

一、前言 透平的弯扭联合成型叶片在国外已发展到实用阶段,但这种叶片应用在压气机中是否合适,国内外有关研究资料甚少,在有限的几篇研究报告中所得结论并不完全一致。有些实验表明,在压气机中采用弯曲叶片的效果是比较显著的。美国的G·E公司在其先进的E^3发动机设计中已采用了这一先进技术。为了弄清压气机在什么条件下采用弯曲叶片最佳,本文首先对弯曲叶片中流动机理进行较深入分析,通过一些具体算例,探讨了压气机中采用弯曲叶片的优越性。

某型压气机叶片防护层耐蚀性研究

采用磁控溅射技术在压气机叶片上溅射TiN层作为叶片防护层,利用盐雾实验及电化学方法,研究了某型压气机叶片材料及覆有TiN层后叶片耐腐蚀性能,通过失重法计算出盐雾实验后试样腐蚀速率。根据曲线可以看出覆有TiN层的试样耐蚀性优于基体,对盐雾实验不同时间取出的试件,在3.5%(wt)NaCl溶液中,进行电化学动电位扫描,根据极化曲线数据,分析了不同盐雾腐蚀时间试样腐蚀电位变化原因,验证盐雾实验结果。

燃用中低热值煤气时燃气轮机的压气机与透平的重新匹配

一般的燃气轮机是按燃用天然气等高热值燃料来设计的，当燃用中低热值煤气时，燃料流量显著增加，导致压气机与透平的流量差别增大，需要调整压气机或透平的通流面积来重新匹配。由于调整通流面积，燃料变化引起燃气热力性质的变化和透平进口燃气温度的可能调整。