旋转冲压压缩转子二维进气流道数值研究

借鉴二维超声速进气道的设计方法,设计了一种旋转冲压压缩转子的二维进气流道,并采用二维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型对其流场进行了数值仿真,研究了转速、背压对二维进气流道中波系结构、内部流动特性和性能的影响.计算结果表明:所提出的旋转冲压压缩转子二维进气流道设计方法是可行的;二维进气流道中产生的激波系与二维超声速进气道中产生的激波系相类似,所不同的是二维进气流道中产生的激波为弯曲激波,而二维超声速进气道中产生的激波为平直激波;转速和背压对二维进气流道的性能有较大影响.

环形中心钝体驻涡燃烧室进气方式研究

采用FLUENT软件对两种驻涡腔进气方式时环形中心钝体驻涡燃烧室的冷态流场进行了数值模拟,并对两种驻涡腔进气方式时环形中心钝体驻涡燃烧室驻涡腔内的旋涡结构、平均流动参数以及燃烧室总体性能等进行了对比分析。结果表明:两种进气方式时,环形中心钝体驻涡燃烧室驻涡腔内均能形成相对稳定的涡系结构,进气方式由后钝体中心逆流进气变为前钝体中心顺流进气时,驻涡腔内涡系结构由单对涡转变为双对涡;与后钝体中心逆流进气相比,前钝体中心顺流进气时,燃烧室总压损失系数、驻涡腔平均静压和总压分别增加约1.345%,8.207%和6.479%,驻涡腔平均速度降低约48.423%;驻涡腔进气方式的变化对燃烧室出口气流参数沿流道高度方向的变化趋势影响不大。

旋转冲压压气机压缩转子技术分析及展望

旋转冲压压气机压缩转子是一种采用超声速进气道中所用的激波压缩技术进行气流压缩的新型压缩系统。与常规压气机相比,具有单级压比高、压缩效率高、结构简单、体积小和质量轻的优点。通过对其工作原理及结构的分析,总结并分析了其关键技术,主要包括运动激波系的配置、泄露密封、转子支撑和附面层吸除等。最后,讨论了压缩转子的潜在用途。

叶顶间隙对喷水推进轴流泵空化性能影响

采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型对喷水推进轴流泵五种不同叶顶间隙下的流场进行数值模拟;并对其不同叶顶间隙下的空化性能进行分析。结果表明,随着装置空化余量的降低,空化最先在叶轮进口轮缘附近发生;然后逐渐向叶轮出口边、轮毂及压力面方向扩展开去。随叶顶间隙的增大,临界空化余量逐渐增大;且叶片吸力面空化面积增大,抗空化性能下降;叶顶间隙的存在导致叶轮出口轴向速度在靠近间隙的20%叶高区域降低;在相同装置空化余量下,叶轮出口轴向速度下降的速度随叶顶间隙值的增大而加快。

旋转冲压压缩转子试验系统通流部分数值研究

为了评估旋转冲压压缩转子试验系统的气动性能,采用Fluent软件对其通流部分在设计转速下的流场进行了全通道数值模拟。分析了旋转冲压压缩转子达到最高效率时,试验系统各部分的总体性能以及导叶段、旋转冲压压缩转子段和出口支板段的流动特征。计算结果表明,进口段和导叶段内气流损失较小,总压恢复系数分别为0.995和0.979,且气流在导叶内基本实现了预期的偏转和加速。旋转冲压压缩转子压比较高,单转子压比可到2.756。超声速压缩面区域不同节距方向的激波系结构有较大差异,同时存在正常反射和马赫反射现象。出口支板段存在大范围的流动分离,不利于出口气流顺畅的流出。

隔板型式对旋转冲压压缩转子性能的影响

为了改善旋转冲压压缩转子的总体性能,通过改变隔板前、后段的型式获得不同的隔板改型方案,并利用FLUENT流体计算软件对采用不同隔板改型方案的旋转冲压压缩转子进行了数值研究。结果表明,改变隔板前段型式可以改变隔板前缘激波和进气流量,进而影响旋转冲压压缩转子的总体性能;改变隔板后段型式,可以改变旋转冲压压缩转子的流场结构,并影响其增压能力;融合隔板前、后段最佳型式的隔板组合改型方案对旋转冲压压缩转子性能的提升最大,其总压比和效率相较于原型分别提升了12.0%和7.1%。

旋转冲压压缩转子试验系统中排气支板的研究

为了对旋转冲压压缩转子试验系统中排气支板进行研究,采用Fluent流体计算软件对不同支板转角以及在支板段加装分流叶片时旋转冲压压缩转子试验系统通流部分进行数值模拟。结果表明:支板转角为30°时,在效率保持不变的情况下,旋转冲压压缩转子压比相比原型提高了1.23%,支板段总压恢复系数提高了5.56%。支板在转角为20°时其进出口的密流最大,流通能力最强。当支板加装1片分流叶片时,旋转冲压压缩转子的压比及效率分别比原型提高了0.18%和2.6%,此时支板段的总压恢复系数比原型提高了5.54%,支板进出口的密流最大,流通能力最强。

超声速进气道喉部附面层抽吸

为研究超声速进气道喉部之后流场激波附面层干扰,采用FLUENT软件模拟了单楔角进气道在设计工况下流动情况。通过分析,提出进气道喉部抽吸。计算了三种抽吸缝大小下进气道喉部之后流场,计算结果表明,喉部抽吸能使激波稳定于喉部,通过抽吸能改善喉部之后流场状况,提高进气道性能,少量抽气不改变流场结构,加大抽气量,使喉部之后激波串转变成正激波,正激波之后流场不分离,进气道出口性能参数提高显著。

膨胀型面造型方式对超声速膨胀器流场及性能的影响

为了获得综合性能较优的膨胀器结构,对所设计3种膨胀型面的超声速膨胀器的三维流场进行了数值研究。研究结果表明:膨胀型面显著影响三维流道的局部流场和性能,沿节距方向直线型膨胀型面的膨胀器速度分布在3种膨胀型面结构中最为均匀,出口平均绝对马赫数最大,膨胀比最大,说明S2流面沿流向逐步缓慢扩张有利于气流的膨胀加速。3种膨胀型面膨胀器的膨胀比和等熵绝热效率均随进口总压和转速的上升而增加。

端壁相对运动对超声速膨胀器间隙流动的影响

为了揭示端壁相对运动对超声速膨胀器间隙流动影响的规律,采用数值方法研究了机匣与隔板不同相对运动速度时超声速膨胀器间隙流动特性。结果表明:泄漏流与主流和附面层的掺混损失是超声速膨胀器间隙区域流动损失的主要来源,吸力面靠近分离线右侧区域的流动损失最大,压力面附近除尾缘外流动损失均较低;机匣与隔板相对静止降低了黏性剪切力的作用,但端壁的壁面效应对间隙流动却存在影响;端壁相对运动抑制了泄漏涡的横向发展,分离线向吸力面靠近,泄漏流量增加,泄漏流、主流和端壁附面层的掺混严重,附面层内低能流体的迁移、潜流和摩擦也加剧,三维流道内总的流动损失增加,超声速膨胀器效率降低。

超声速膨胀器变工况特性研究

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,对超声速膨胀器变工况特性进行了数值研究。结果表明:进口绝对总压的上升,增加了泄漏流量,但削弱了泄漏涡强度,泄漏涡尺度变小,横向运动增强;转速的上升导致节距方向速度梯度减小,下端壁附近高速区向出口迁移,上端壁附近由泄漏流体导致的低速区影响范围缩小,斜激波向出口迁移,斜激波强度减弱,降低了泄漏和近壁面低能流体所导致的损失;进口绝对总压一定,转速越高,膨胀器膨胀比越大,等熵绝热效率越高,进口绝对总压较低(7倍标准大气压以下)将导致膨胀器膨胀比和等熵绝热效率显著降低,进口绝对总压每降低1个标准大气压,膨胀比最高降低4.1%,等熵绝热效率最高降低7.7%。

混流喷水泵内流场及叶片数匹配数值研究

以混流式喷水推进泵为研究对象,应用三维Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras单方程模型,以NUMECA数值平台进行了喷泵内部流动的数值模拟。文章介绍了喷泵的全工况特性和其内部流动状况随流量的变化情况,而后调整动、静叶片数的匹配状况,了解动、静叶叶栅稠度的改变对喷泵性能和内部流场的影响,最终得出最优的动静叶片数组合。

来流攻角对超声速膨胀器流场及性能的影响

为了获得来流攻角对超声速膨胀器间隙流动特性及总体性能影响的规律,采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,对不同来流攻角的超声速膨胀器的流场进行了数值研究。结果表明:压力面静压几乎不随攻角变化,而吸力面对来流攻角则较为敏感,特别是隔板前缘,随着攻角的增加,吸力面静压明显降低,最终导致隔板载荷的增加;攻角对尾迹的影响不大,小攻角增加了吸力面与下端壁相接角区的损失,而大攻角会导致泄漏损失的增加;随着攻角的增加,膨胀器的膨胀比上升,效率下降,膨胀比最多增加7.15%,而效率只降低0.72%,超声速膨胀器宜在正攻角范围工作。

高负荷平面叶栅风洞流场品质改进措施数值研究

为研究不同改进措施对平面叶栅风洞流场品质的改进效果与机理,以高负荷扩压叶栅为研究对象,利用数值模拟方法研究了试验器进口段上下侧壁抽吸措施、出口导流尾板措施、抽吸与尾板组合措施对叶栅风洞流场品质的改进效果。研究结果表明:上下侧壁抽吸减小了进口段的静压梯度,减弱了上下侧壁附面层对进口流体流向的影响;导流尾板减弱了外界大气对上侧壁附近通道的影响;抽吸与尾板组合措施结合了侧壁抽吸与导流尾板的优点,使得进口静压分布均匀,通道间压差阻力差异减小,对叶栅试验段流场品质的改进效果优于其他方案。在当前马赫数工况下可使叶栅进口64%的通道范围马赫数误差<0.01,冲角误差<0.5°,有三个连续通道出口周期性较好,并且轴向密流比<1.15。

基于超燃冲压进气压缩技术的Scrampressor研究（英文）

基于冲压发动机进气道压缩技术的Rampressor具有结构简单,压比高等优点。但其压缩机理导致其总压损失高,出口超音速及出口气流角偏小等问题,从而增加下游部件的设计难度。为了弥补Rampressor压缩转子的弱点,提出一种基于超燃冲压发动机进气道压缩技术的压缩转子(scrampressor)的设计方法。首先通过与Rampressor对比,阐述scampressor压缩原理并给出其设计方法;其次采用三维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型对其流场进行了数值仿真,研究了转速、背压对三维压缩转子流道中波系结构、内部流动特性和性能的影响。计算结果表明:所提出的基于超燃冲压发动机进气道压缩技术的压缩转子(scrampressor)三维进气流道设计方法是可行的。该压缩转子具有结构简单、较高压比、流量较大、出口马赫数合适和出口气流角相对较大等优点。

跨声速平面叶栅试验器流场品质改善研究

为改善平面叶栅风洞流场品质,获得准确度高、可靠性强的试验结果,以跨声速平面叶栅试验器为研究对象,采用数值模拟方法研究了端壁抽吸和导流尾板的组合控制方法对A,B,C,D四种不同叶型弯角平面叶栅流场品质的改善效果。研究结果表明:在叶栅前缘上下端壁进行抽吸和尾缘安装导流尾板能够有效提升叶栅进口流场的均匀性和出口流场的周期性,使得各叶栅进口马赫数偏差<0.01,C和D叶栅进口气流角偏差<0.5°,A和B叶栅进口气流角偏差<1°;该控制方法能够保证各叶栅栅后流场存在三个或三个以上相邻满足周期性要求的连续通道。

基于扇形叶栅的畸变流场对压气机静叶气动性能影响研究

随着飞机适航要求的提高,进口畸变对燃气轮机的影响也逐渐被重视起来。而飞行过程中燃气轮机所遇到的进口畸变经过动叶的传递后,往往会严重影响静叶进口气流角分布的均匀性,并恶化静叶的通流能力。为研究气流角畸变对静叶流场的影响,针对带有可调导叶的扇形叶栅,通过单独调整一片导叶角度而其它导叶角度不变的方式制造静叶进口畸变流场,并开展实验与仿真研究,分析该方法制造的畸变流场结构及其对静叶气动特性的影响。研究表明,采用的8号导叶旋转6°而其它导叶角度不变的方法可以改变静叶进口气流角、轴向速度、静压等参数的周向均匀度,实现静叶进口畸变流场。与均匀进口相比,气流角畸变度为3.22,气流角畸变度增加了1.14,并增加了静叶S8吸力面根部下通道涡的损失与影响范围,而对叶顶与中径处的影响相对较小。此外,受畸变流场影响的静叶流道总压恢复系数较均匀条件下略有下降。

基于超声速进气道原理的Ram-Rotor隔板中弧线造型数值研究

为了进一步提高旋转冲压压缩转子增压比,对不同S1流面造型进行数值研究,通过调整隔板型面中弧线分别形成了4种扩张型的流道造型。结果表明,4种造型方案流道内部激波系强度增大,均能有效提升转子增压比,但转子绝热效率有所降低。其中,中弧线为直线和二次曲线的组合造型方案在绝热效率降低不多的同时拥有最大的增压比。改型方案通过改变激波串位置和子串数目来提升转子增压能力,然而增强的激波串一定程度上恶化了隔板顶部间隙流场,并增大了泄漏流和激波系相互作用引起的流动损失,近隔板压力面附近的低能流体聚集,造成转子流道内部较高的流动损失。

不同展向位置非连续鼓包对跨声速压气机转子性能的影响

为提高跨声速压气机气动性能,本文针对NASA Rotor 37,采用数值模拟方法研究了吸力面不同展向位置非连续鼓包对其气动性能的影响。结果表明,随着非连续鼓包逐渐靠近叶顶,鼓包能更有效地对激波前气体进行预压缩,降低逆压梯度,从而减小激波强度。同时对于激波与附面层的相互作用的抑制效果也逐渐增强,能有效地使激波干扰所产生的附面层分离延后,改善流动情况,降低损失。相比原型转子,在60%~90%叶高范围布置非连续鼓包时,压气机转子效率在整个流量范围内均有提升,最高效率增加了0.25%,总压比提升了0.13%。

连续性和非连续性鼓包对跨声速压气机转子气动性能的影响

为研究鼓包对跨声速压气机转子气动性能的影响,以NASA Rotor 37为研究对象,在其吸力面上布置展向连续性和非连续性鼓包,并采用数值模拟方法研究原型转子和鼓包转子在变转速工况下的流场结构和气动性能。结果表明:在设计转速和110%设计转速下,连续性鼓包对叶顶附近的激波控制效果较好,可以对激波前气体进行预压缩,从而降低激波前后的逆压梯度,减弱激波强度,进而减小激波相关损失;在设计转速最高效率工况下,非连续性鼓包转子总压比提升0.236%、效率提升0.309%,连续性鼓包转子总压比提升0.285%、效率提升0.454%;在50%、60%和90%设计转速下,鼓包并没有起到明显的有益效果。