轮廓度加工超差对压气机气动性能影响的数值研究

在压气机叶片加工过程中,轮廓度较难保证,极易出现加工超差,对压气机的气动性能产生影响。以单级轴流压气机为例,通过数值计算研究了轮廓度加工超差对压气机气动性能和局部流场的影响规律。结果表明,动叶尖部轮廓度超差对压气机等熵效率的影响最为显著,而动叶根部轮廓度超差对压气机总压比的影响最大。进一步的敏感性分析指出,轮廓度的变化与轴流压气机的总性能参数呈现负相关特性,并且,随着叶片轮廓度的增大,进口负攻角逐渐增大,流动损失增加。

中弧线参数化曲线形式对压气机叶栅性能的影响

不同形式的参数化曲线由于曲率特征不同,使得构造的压气机二维叶型几何存在差异,进而影响压气机叶片气动性能。针对二维叶型MAN GHH 1-S1,分别采用贝塞尔曲线、多项式曲线、曲率积分曲线构造叶型中弧线,并通过数值模拟,讨论中弧线参数化曲线形式对叶栅性能的影响规律。研究结果表明:曲率积分方案的改型叶栅能有效降低各攻角工况的叶型损失,并且拓宽攻角适应性范围。

大涵道比风扇角区失速模化设计及非轴优化

为研究非轴对称端壁造型对大涵道比风扇角区失速流动的改善作用,对某风扇进行了平面叶栅模化设计及非轴对称端壁优化。采用数值模拟方法,以风扇根部叶型为基础进行模化设计;在此基础上,采用两种不同的控制点分布方法对平面叶栅进行非轴对称端壁优化改型。研究结果表明:模化后的平面叶栅角区失速流动及叶片加载特点与风扇原型基本一致;采用自由曲面及类两面角曲面两种非轴造型对平面叶栅角区进行优化,叶栅总压损失系数分别降低了4.57%和5.38%;将流场改善效果较好的类两面角曲面造型应用于风扇原型角区,结果表明该造型使得风扇效率提高了0.441%,角区失速现象也得到了有效的抑制。深入的流场分析表明,类两面角曲面的非轴对称端壁造型,沿流向能有效推迟压气机平面叶栅通道涡向吸力面的发展,沿径向通过使涡结构上移减弱在端壁附近吸力面附面层和通道涡的相互作用;与此同时,对大涵道比风扇原型的角区失速流动也能起到较好控制效果。

非绝热壁面边界在离心压气机数值模拟中的应用

随着离心压气机级负荷与温升水平的提高,为了提升对离心压气机的数值模拟精度,在数值模拟中需要采用非绝热壁面边界条件。本文以一台设计良好的现役离心压气机为研究对象,对其数值模拟的壁面边界条件中分别应用了绝热壁面边界条件,以及等温和给定传热系数这两类常用的非绝热壁面边界条件,对比分析了非绝热壁面边界条件对数值模拟精度的影响及其原因。采用给定传热系数壁面边界条件的数值模拟结果中,效率计算误差最小,设计点效率误差较绝热计算下降46.6%,且计算结果对传热系数偏差有一定容忍度;产生上述差异的原因主要源于叶顶损失相关计算。采用等温壁面边界条件的设计点数值模拟结果中,参考温度偏差使等温边界相比绝热边界效率计算误差增大93.2%,说明等温边界对参考温度敏感,其进一步应用需依靠更精确的参考温度。

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明:进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。

压气机悬臂静叶流场非定常数值模拟

以现代高压压气机一排悬臂静叶与一排转叶组成的典型级为研究对象,采用非定常数值模拟方法,分析了非定常与定常数值模拟计算得出的级特性线以及峰值效率点气动参数在展向分布的差异,并对悬臂静叶内部流场结构进行了详细分析,结果表明:当悬臂静叶的轮毂设计间隙为2.5%叶高时,非定常计算的综合喘振裕度比定常大5.85%;在峰值效率点工况下,悬臂静叶总压损失和转子效率的非定常影响范围在10%以内,转叶进口相对气流角沿展向分布的影响在0.5°以内。悬臂静叶根部10%叶高以下区域出现了明显的泄漏流动,3.4%叶高压力系数变化最大,轮毂泄漏流起始于20%弦长附近,发展到70%弦长位置时泄漏损失最大,随后逐渐减弱.

Effects of adverse pressure gradient on Reynolds stresses inturbulent boundary layers

The effects of adverse pressure gradient(APG)on Reynolds stresses in turbulent boundary layers(TBLs)with APG were analyzed.The difficulty of this work was attributable to the Reynolds stresses in TBLs with APG under two combined effects,i.e.:effect of upstream flow and effect of APG.The effect of upstream flow is an inherent effect no matter pressure gradient exists or not.The individual effect was analyzed from absolute developments of Reynolds stresses in TBLs with zero pressure gradient(ZPG)firstly.Effect of APG was then analyzed from absolute developments of Reynolds stresses in TBLs with APG.Result showed that,for absolute development of mean streamwise Reynolds stresses,APG accelerated its development in TBL with ZPG;for absolute development of mean normal or shear Reynolds stresses,APG increased their magnitude in the outer part,and decreased their extent of large value region.