亚声速可压缩流场叶片边界层热线测速方法研究

为了能够开发一种简单有效的亚声速可压缩流场叶片边界层速度测量方法,从而为叶型设计和相关数值研究工作提供支撑,本文围绕热线风速测量技术,针对可压缩流场密度变化对热线标定结果的影响,以及实际测量中速度、密度耦合而无法直接获取的问题,通过理论分析,提出了适用于边界层测量的恒定压力热线标定方法和引入叶表稳态静压进行速度解耦的方法,并对所提出方法的主要误差进行了分析评估。在此基础上进行了热线标定和边界层速度测量试验验证,明确了恒定压力热线标定数学模型系数随压力的线性变化规律,同时针对温度非线性影响提出了一种基于过热比调整的修正方法,该方法能够将约13℃的温度偏差对热线电压的影响降低到1%以内,进一步简化了恒定压力热线标定流程,结合基于叶表稳态静压的速度解耦方法,为亚声速可压缩流场叶片边界层瞬态速度测量提供了一种简单可行的高频响测速方法。

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型。运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线,并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性。通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性。

叶栅风洞出口处孤立叶片吸力面全域压力分布测量

应用自主建立的压力敏感涂料测量系统对固定在跨声速叶栅风洞出口下档板处的大弯度孤立叶片吸力面进行了表面全域压力分布测量尝试,基于涂料实验校准的特性曲线和图像后处理技术,获得了叶片表面压力分布状况。

对转压气机数值模拟及实验研究

以设计的某对转压气机试验台为研究对象,分别应用数值模拟和试验手段对设计转速、典型工作状态下压气机性能和流场细微结构进行了研究。计算结果表明:压气机压比特性与试验值吻合较好,计算效率较试验值偏高;在近失速点压气机第二排转子叶片吸力面近尖部10%叶展范围内,最先出现导致叶片失速的大范围分离和低能堵塞团;第一排转子叶片尖部尾缘处附面层较厚并伴随有分离现象,使得下游叶片来流发生较大畸变。

附面层抽吸对叶栅表面分离流动控制的实验研究

以某高亚声速叶栅风洞为实验平台,运用粒子成像测速仪(PIV)对平面叶栅吸力面进行了附面层抽吸试验研究。验证了附面层抽吸技术在附面层分离流动控制方面的可行性和有效性。通过与数值模拟结果的对比分析,验证了本试验测量结果的可靠性。通过对不同抽吸位置处抽吸效果的研究表明:在同一抽气量下,合适的抽吸位置是控制附面层分离的重要因素。当抽吸位置处于分离起始点与严重分离区之间时,附面层分离才能够得到明显的抑制,流场结构得到显著的改善。

高空低雷诺数二维抗分离叶型研究

在高空、低速、低雷诺数下,进行具有较强抗分离能力的新叶型研究,探索叶型设计的新概念和新方法,并发展相应的低雷诺数压气机叶片二维设计技术是十分关键的。文中进行了低雷诺数条件下二维压气机叶栅流场计算与对比,在探索高空、低速、低雷诺数对压气机叶型性能影响的基础上,以发展适应低雷诺数流动,具有较强抗分离能力的新叶型为最终目标,进行叶型设计新理论和新方法的探索,为最终突破低雷诺数下叶型设计的关键技术提供了可行的途径,并为三维叶片优化造型打下了基础。

轴流压气机转子叶片表面静压分布实验

在低速轴流压气机转子叶片吸力面50%叶高沿轴向埋入5个Kulite动态压力传感器,并采用固定在压气机转轴上一种新型可存储的数据采集器记录数据,对近设计点和2 kr/min转速不同流量工况条件下转子叶片表面静压进行了实验测量,并与CFD数值模拟结果进行了对比。结果表明,除近失速点外,叶片表面静压实验测量值与计算结果吻合较好,说明所采用的的测量方法是成功的,测量结果是可靠的;在近失速工况,实验值与计算结果差值较大,主要是由试验台振动所引起的实验误差和CFD数值计算对近失速点工况流场模拟得不够准确所导致的。

基于神经网络的智能叶片优化设计系统的研究

为给叶轮机械叶片设计人员提供一个操作灵活、专业性强、功能齐全的叶片设计软件,应用神经网络技术开发了一套具有智能化功能的叶片优化设计系统。利用某三级轴流压气机静子叶片2以及某两级风扇压气机转子叶片2的叶片优化改型设计对软件进行了验证,优化设计前后两个叶片流场气动性能的对比分析结果表明,该软件界面友好,功能齐全,具有一定的智能功能,能够满足叶片设计以及优化设计的基本要求。

双级对转压气机叶型优化研究

基于商业软件NUMECA的全三维优化设计平台Design3D对某对转压气机的转子1叶片进行了全三维叶片优化设计。优化目标是在控制流量和总压比的情况下,提高其等熵效率。结果表明,转子1工况点效率提升了0.6%,对转压气机整机效率提高近1.5%,总压比也略有增加。通过流场分析看出优化叶片性能的提高主要是源于中高部叶展高马赫数区的增加,以及尾迹损失的较小。

大流量多级轴流压气机性能及流场分析

以某型17级大流量轴流压气机为研究对象,运用全三维黏性数值模拟的方法对设计点处性能和流场参数进行了研究。通过该压气机加功量、绝热效率、压比、反力度在各级的分布情况,分析了大流量多级轴流压气机的设计特点。在性能参数的分析中,发现第7级存在加功量、绝热效率、总压比偏低,反力度偏高的问题,通过三维流场分析,提出了改进建议。

来流条件对叶片表面附面层影响的实验研究

本文突破传统的附面层总压测量方法,采用附面层总压探针实现测量平面叶栅叶片表面真实的附面层内总压,实验过程中改变来流马赫数测量叶片吸力面及压力面附面层内总压,并通过相关计算获得附面层厚度的一系列参数。实验目的在于研究来流条件对平面叶栅叶片表面附面层的影响。实验结果表明:与来流马赫数相比来流攻角对附面层厚度影响较大,不同攻角下叶片吸力面、压力面的附面层位移厚度、动量厚度等参数呈现出一定的变化规律;马赫数的变化对附面层厚度的影响幅度较小,从整体来看随着马赫数的增加附面层厚度略有下降。

弹用涡轮喷气发动机离心压气机数值研究

以数值模拟的方式对某高转速弹用涡喷发动机离心压气机改型后内部三维流场进行了详细的数值模拟,得到相应的特性曲线与主要的参数分布。计算结果的分析表明,在设计点其结果与设计值基本吻合;在堵塞状态时径向扩压器和轴向扩压器中都存在不同程度的分离,尤其是轴向扩压器中分离现象更为严重,这些都造成了不同程度的气流损失,导致了效率的降低;数值计算结果对进一步改进设计此类压气机有一定参考价值。

高负荷对转压气机尾迹涡级间迁移影响因素研究

为探究高负荷对转压气机上游转子尾迹脱落涡级间迁移的影响因素,截取高负荷对转压气机60%叶高叶型,保持叶型几何、总压比不变的前提下,分别取12%,20%,25%,30%,35%,45%下游转子弦长的轴向间隙进行了非定常数值模拟。研究发现,在每个轴向间隙下,尾迹脱落涡迁移至下游转子前缘平面的周向位置均不随时间发生变化;当轴向间隙改变时,尾迹脱落涡迁移路径随之发生变化。基于理论分析和数学推导,建立了高负荷对转压气机尾迹脱落涡级间迁移轨迹的无量纲准则关系式,并结合通流计算与激波模型,发展了预估上游转子尾迹脱落涡迁移轨迹的方法,为设计阶段考虑非定常效应提供指导。

小型轴流压气机静叶排出口尾迹流动特性

基于小型轴流压气机实验台,运用热线风速仪(HWA),对不同转速、流量工况下,静叶排出口尾迹流动特性进行实验研究。对同一工况下尾迹区时均速度及湍流度分布规律的研究表明:受前排动叶的影响,静叶排不同叶展截面处尾迹大小、尾迹中心位置存在着明显差异;沿展向叶根、叶尖附近湍流度明显高于主流区。同时,还对不同工况下静叶排尾迹区各统计参数的变化规律进行了研究,较为系统地总结出轴流压气机工况变化对静叶排出口尾迹大小、尾迹中心位置、尾迹区湍流强度以及雷诺应力大小的影响。

压气机转子叶片表面动态压力测量的探索

将一个Kulite动态压力传感器埋入轴流压气机转子叶片50%叶高、25%轴向弦长位置,对该点吸力面动态压力进行了试验测量,并与CFD(计算流体动力学)数值模拟结果进行了对比,为今后进一步测量转子表面静压分布和动态压力脉动积累了丰富的经验.试验中数据采集系统固定在压气机转轴上随其一起旋转,可以对压力信号直接进行采集、放大并存储.结果表明:①叶片表面静压试验测量值与计算结果吻合较好,说明测量结果是可信的;②可以成功地捕捉到转子叶片表面的非定常压力脉动,测量点非定常压力脉动的周期与转子转动周期相同.

掠效应对高负荷跨音转子性能的影响

本文对一高负荷跨音转子采用掠技术进行了改型设计,并通过数值模拟对原型以及前、后掠转子分别进行了流场分析。结果发现掠叶片效率和压比与原型叶片相差不大,但是前掠叶型的失速裕度得到了大幅提高。同时前掠叶型的堵塞流量比原始叶型增大,而后掠叶型却明显减小。叶片采用掠之后一方面前缘位置变化所引起的径向压力输运改变了入口来流条件,另一方面气动掠还直接影响到了叶片吸力面附面层内低能流体的径向输运以及在叶尖区域的集聚,从而使流场内部的激波强度及相对位置明显变化,并最终导致叶片不同叶高载荷分布规律的改变。

膨胀式空气涡轮火箭最大状态调节规律与性能分析

为了阐明进气预冷膨胀式空气涡轮火箭发动机在最大状态下的部件匹配规律和性能特点,基于ε—NTU法建立了换热有效度随工况改变的预冷器模型,完成了氢燃料发动机的性能仿真与分析。增大涡轮前压力、燃料流量,同时减小尾喷管喉道和出口面积,可实现压气机工作点沿等物理转速线由堵塞区向喘振边界移动,压气机压比及燃空比均增大。在此过程中,发动机若在低马赫数工作,尾喷管内燃气总压、总温升高使推力增大;在近堵塞区域,压比迅速增大导致比冲上升;在近喘振区域,压比增大减缓,燃空比的上升导致比冲下降。若在高马赫数工作,高温米流使压气机工作于低折合转速区域,工作点在等物理转速线上由堵塞区向喘振边界移动时,燃空比增加补偿了空气流量下降导致的推力衰减,总推力基本保持不变;由于低折合转速下压比增大减缓,增大的燃空比使比冲下降。

对转压气机外伸激波对叶顶泄漏流影响

为了揭示对转压气机下游转子外伸激波对上游转子泄漏流的影响规律,针对上游转子叶顶间隙分别为0.2、0.5、0.8mm的对转压气机开展了非定常数值模拟研究。研究发现:受下游转子外伸激波掠扫影响,上游转子尾缘附近压力面会形成弱压缩波,且随上游转子泄漏流增强而逐渐减弱;而该外伸激波在上游转子尾缘附近吸力面,会形成与型线切向相垂直的较强压缩波,且其位置基本不受叶顶间隙大小影响;外伸激波使上游转子尾缘附近吸、压力面压差增大,叶顶泄漏流增强,进而导致其损失增大;随着叶顶间隙增大,上游转子叶尖区弦长前半段压力波动的频率,由通道激波转为叶顶泄漏流主导,且呈现减小的趋势,而弦长后半段压力波动的频率主要由外伸激波主导,且基本不变。