高负荷风扇前后可调变弯度导叶的数值研究

高负荷风扇在非设计工况容易裕度不足,导叶调节是拓展高负荷风扇裕度、提高其气动性能的有效手段之一。在某高负荷双级风扇中采用前后可调结构形式的可变弯度导叶(VIGV),通过三维数值模拟手段分析了前后可调变弯度导叶的偏转特性,及导叶调节对风扇内部流场和气动性能的影响。数值研究结果表明:前后可调变弯度导叶结合了变前缘和变尾缘调节,通过减小了导叶的实际弯角,从而推迟了气流的分离,扩大了导叶低损失角度调节范围;该高负荷双级风扇在90%、80%、70%和60%转速下的风扇绝热效率分别提高了2.04%、5.48%、6.18%和6.74%,且风扇失速边界得到明显拓展。

非轴对称端壁对轴流风机二次流动的影响

为了研究非轴对称端壁对低速风机二次流动的影响机理,本文在某单级低速轴流风机的静子轮毂采用了非轴对称端壁(CEW)造型,并利用三维数值模拟软件进行了数值分析。结果表明:100%设计转速下工作点的等熵效率和总压升系数均有所提高,且在小流量点的提升幅度大于大流量点;其中风机峰值效率点的等熵效率提升了1.27%,总压升系数提高了2.97%;非轴对称端壁通过型面变化来改变局部的压力梯度,其中近吸力面凹槽使得流向逆压梯度(APG)减弱,而近叶栅通道出口的端壁凸包可以提高其前方压力,抑制横向流动的发展,这两种型面均有利于抑制角区分离。对该非轴对称端壁凹槽结构的径向深度幅值进行了对比分析,发现其存在一个约为静子根部弦长5.73%的最佳深度。

尾缘S3面积比梯度对涡轮后机匣的影响

针对整流叶栅与支板融合设计中难以采用三维叶片造型对二次流进行控制的情况,开展对涡轮后机匣内部整流叶栅尾缘S3面积比梯度的研究。以某1.5级涡轮为例,通过数值模拟的方法,对比三种设计的内部流场和气动性能,验证了降低尾缘S3面积比梯度控制角区二次流的方法。结果显示:尾缘S3面积比梯度从0.01降低到-0.05时,整流叶栅总压恢复系数从0.979升高到0.991,5%展高处S参数从0.011降低到0.005,吸力面和轮毂端壁处的回流区消失,角区分离得到有效控制;尾缘S3面积比梯度从-0.05降低到-0.10时,吸力面角区流动速度增加,5%展高处S参数不再变化、堵塞程度降低、轴向密流比(AVDR)升高、总压恢复系数升高。