两级压气机数值模拟及性能分析

为了深入了解某多级轴流压气机的中间两级的内部流场及气动性能,为进一步的优化设计提供数据支持,利用商用软件Numeca对其进行了全三维数值模拟及详细的气动性能评估和流场分析。结果表明:该两级压气机具有良好的气动特性。

某微型离心压气机应用及流场模拟

通过某分布式压缩、旋流冲压发动机工作原理,对压气机以及匹配的部件进行设计及两级离心压气机进行流场模拟,并对尾喷管部分进行设计及流场模拟。三维造型的设计及分析过程为:根据已知的离心压气机流量,在此基础上设计了两级离心压气机,和相连接的尾喷管,根据有限元软件,分析其速度及压力流场。通过对压气机级数为一级、两级、三级的压气机进行流场分析,分析使气体达到超音速的条件。

旋转进气畸变下的两级压气机扩稳实验研究

针对旋转进气畸变诱发的流动稳定性问题,在两级压气机上开展了基于失速先兆抑制型(Stall-Precursor-Suppressed,SPS)机匣处理的气动扩稳实验研究。在两级低速压气机实验台上数模拟旋转畸变进气条件,研究不同的畸变程度下旋转畸变对两级压气机稳定性的影响,并考察在第一级转子前缘上方安装SPS机匣处理后的扩稳效果。在畸变转速小于600r/min时,压气机稳定边界向右移动,效率下降明显。畸变转速大于800r/min时,旋转畸变对两级压气机作用效果趋于改善,相对而言,反向畸变比正向畸变具有更好的延缓失速效果。SPS机匣处理在不同畸变程度下均具有扩稳作用,失速裕度改善可以达到2%~7.9%,并且带来的效率损失均小于1%。

新型两级离心压气机设计及内部流场分析

针对一款新型两级离心压气机,利用Concepts NREC软件完成了其一维设计,采用NUMECA软件进行了三维数值仿真,并将仿真结果与试验结果进行了对比分析,模拟压比与试验压比最大误差在3%以内,流量最大误差在5%以内。阐述了两级离心压气机在不同转速下失速、高效、堵塞3个工况点的内部流场情况,给出了压气机进一步优化的方向。

两级双转子对置式离心压气机气动设计和强度校核

[目的]为完成某小型燃气轮机用两级双转子对置式离心压气机设计,[方法]将Concepts NREC和Nu.meca软件相结合,对两级双转子对置式离心压气机气动设计和三维流场进行校核;叶轮选取0Cr17Ni4Cu4Nb材料,采用ANSYS软件在线弹性范围内分析及校核离心叶轮强度和振动特性。[结果]气动设计结果表明,在设计流量点,两级离心压气机总压比为7.97,绝热效率为80.39%,稳定裕度为17.2%。强度和振动分析结果表明,叶轮静强度满足材料强度要求;根据“三重点”共振理论,两级离心叶轮均无共振危险。[结论]得到了同时满足气动、强度和振动要求的高压比、高效率和宽稳定裕度两级离心压气机设计方案,可为小型燃气轮机设计和技术集成、试验测试等提供基础支撑。

空气湿度对舰用燃气轮机两级对置式离心压气机性能的影响

湿度会影响空气的比热、气体常数及比热比等热力学参数使燃气轮机及其部件性能超出允许测量误差范围。干、湿空气的粘性等输运特性也有差异,流场细节的不同影响了压气机部件的稳定运行范围。本文以某舰船微型燃气轮机用对置式两级离心压气机为研究对象,借助Ansys CFX数值模拟软件分析了含湿量为0~0.01范围内6个工况条件下的压气机特性变化规律。结果表明,随着含湿量的上升,气体的定压比热和气体常数增加,比热比减少;相同流量下,压气机压比、温比及多变效率降低。高压级扩压器叶片表面静压总体随着湿度的增加而减小,前缘载荷降低,气流攻角减少,改善吸力面的流动分离。压气机裕度较干空气工况均有所增加,湿度越大,裕度增量越小。

两级对置式离心压气机湿压缩研究

本文以两级对置式离心压气机为对象,采用数值模拟方法研究了湿压缩对压气机特性和内部流场的影响。数值计算借助ANSYS CFX软件,采用欧拉-拉格朗日法耦合计算连续流场和离散粒子项,基于k-ε湍流模型、变比热拟合公式计算焓熵值,利用安托万方程求解饱和蒸汽压力并加入液滴破碎CAB模型和撞壁模型。在压气机进口采用干空气和不同喷水量与粒径组合共计7个工况条件下,对比分析了压气机总体性能变化、部件性能变化及水滴的运动轨迹。结果表明,湿压缩使得整机压比和效率均有所提高,但效果越好裕度越小。低压级内湿压缩效果明显,水滴蒸发使得出口温度降低;高压级湿压缩降温增益不明显,但受上一级冷却效果影响,压比和温比都增加。水滴在叶轮中主要积聚在叶片压力面根部。扩压器和回流器中产生了较大的尾迹损失,扩压器前缘受水滴破碎和掺混作用,产生较大熵增。

变海拔两级离心压气机特性试验研究

针对高原环境工作的两级增压器,对高、低压级离心压气机不同进口条件(低气压、低雷诺数)进行了理论分析。基于自主搭建的两级离心压气机变海拔特性试验台,对柴油机新匹配高、低压级压气机进行模拟0 m,2 500 m,5 500 m进气条件下的特性试验,采用实际质量流量比较了不同海拔下两级离心压气机的效率和流量特性。结果表明:随着海拔升高,进气环境压力和温度降低,雷诺数减小,压气机稳定工作流量范围缩小,且向小流量范围方向移动。与海拔0 m相比较,海拔5 500 m时低压级压气机质量流量减小25%~36%,效率降低1%~3.8%,压气机进口气体雷诺数降低51%。海拔5 500 m时高压级压气机质量流量减小26%~34%,效率降低1%~2.5%,压气机进口气体雷诺数降低35%。

可调进口导叶在两级同轴离心压气机上的应用

为提高用于氢燃料电池的两级同轴离心压气机非设计工况点效率,基于某直叶片翼型,为该压气机低、高压级设计了可调进口导叶,并用基于雷诺平均N-S方程的SST模型对不同的导叶开启角度做了整级CFD,获取了该工况点最高效率的可变进气导叶开启角度。通过调节导叶,非设计工况点的效率最高提升1.6%,证明了VIGV在提升两级离心压气机高效工作范围的可行性。同时通过分析带VIGV与不带VIGV的压气机流场,解释了VIGV改善两级同轴离心压气机性能的原理。