周向单槽机匣处理调控高压涡轮叶尖泄漏流的数值研究

为了验证周向单槽机匣处理调控高压涡轮叶尖泄漏流的效果,本文在GE-E3高压涡轮第一级的机匣上引入周向单槽式机匣处理,通过数值模拟手段研究了周向单槽的轴向位置、槽宽和槽深对叶尖泄漏流调控的影响及周向单槽调控叶尖泄漏流的物理机制。结果表明:周向单槽的引入虽然会使叶尖泄漏涡尺寸变大,但会显著降低叶尖泄漏涡及机匣通道涡的强度,使得涡轮转子通道内流动总损失降低,涡轮级效率提高。在设计工况下获得的最优结构参数的周向单槽,可以使涡轮转子通道内的流动损失相对减小9.10%,涡轮转子的效率提高0.40%,级效率提高0.85%。同时发现设计工况下获得的最优结构参数的周向单槽结构,在非设计工况时也有良好的控制效果。

矿用对旋主通风机周向槽机匣处理扩稳机理研究

为了提高对旋风机的稳定裕度,采用数值模拟方法,将周向单槽机匣处理技术应用于FBCDZ-No20型对旋风机的扩稳,探究了周向槽的轴向位置对风机气动性能和扩稳能力的影响。研究表明:对前级叶轮进行周向单槽机匣处理,可以提高对旋风机的稳定裕度,且周向单槽的轴向位置对风机的气动性能和扩稳能力均具有影响;当周向单槽位于前级叶片的前缘和25%叶顶轴向弦长时,风机可以获得可观的稳定裕度提高量,但峰值效率损失较大;当周向单槽分别位于50%、75%的叶顶轴向弦长和尾缘时,扩稳效果逐渐减弱,相应的效率损失也逐渐减小。周向槽是通过抽吸叶片压力面前缘的低能流体,并将其沿周向输运至叶片吸力面的前缘喷出,从而增大了前级叶轮进口相对气流角及叶顶泄漏流的轴向动量,改变了叶顶泄漏流的轨迹,抑制了前缘溢流与尾缘处的边界层分离,进而减轻叶片通道内的流动堵塞,推迟了失速的发生而实现扩稳。采用前级周向单槽机匣处理并未改变对旋风机的最先失速级和失速起始类型。

低速轴流压气机周向单槽机匣处理扩稳实验研究

周向槽机匣处理作为一种有效的扩稳措施得到了广泛应用,但是缺乏对其机理的深入理解和认识。为此,在一台低速单转子轴流压气机上考察了周向单槽机匣处理随轴向位置变化的扩稳效果。实验中获得了单槽不同轴向位置的扩稳规律,在该台压气机上得出了扩稳效果最好的槽位于40%~60%轴向弦长,而当单槽位于27%轴向弦长附近时,其扩稳效果最差。在此基础上,选取了最优扩稳槽位和最差扩稳槽位进行详细的壁面非定常流场测量和尾迹测量,对比分析了光壁条件与各单槽处理机匣对叶顶间隙泄漏流和转子尾迹的影响。结果表明,采用扩稳效果最优槽位之后,周向单槽能推迟叶顶间隙泄漏流与主流交界面前移,以及减弱叶顶间隙泄漏流非定常性,且能明显增强尾迹区1BPF（叶片通过频率）的能量,同时减弱0.5BPF的能量,达到扩稳的目的。而对于扩稳效果最差槽位而言,叶顶间隙泄漏流与主流交界面直到失速前也无法跨过单槽从叶片前缘溢出,周向单槽改变了叶顶间隙内部诱发突尖失速先兆的扰动传播方式;另外,其对转子尾迹区0.5BPF和1BPF的影响也比较小,从而使得其扩稳效果减弱。

带周向单槽的低速轴流压气机失速起始过程

为了深入认识周向槽轴向位置对压气机失速机制的影响规律,针对某叶尖敏感的低速单转子压气机开展实验测量与数值模拟相结合的研究。实验与计算结果均表明,位于叶片弦长中部的周向单槽扩稳效果最好,而位于叶片前缘下游20%~30%轴向弦长位置的周向单槽扩稳效果最差。进一步分析了利用非定常、多通道计算模型获得的数值结果,发现对于光壁机匣和扩稳效果最好的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下到达叶片前缘位置,压气机通过突尖型失速先兆进入失速状态;对于扩稳效果最差的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下仍位于叶片通道内部距离叶片前缘20%的轴向弦长位置,压气机经历了由准模态型失速先兆向突尖型失速先兆转换的失速起始过程。

周向单槽轴向位置对低速轴流压气机稳定性影响机理研究

本文采用数值模拟方法捕捉到了不同位置周向单槽对某低速压气机稳定性裕度的影响规律并分析其原因。结果表明:周向槽位于叶片前缘附近扩稳效果差,位于叶顶弦长中下游区域扩稳效果好。采用机匣壁面剪切应力定量识别泄漏流与主流交界面的轴向位置,发现交界面在节流过程中主要存在两种移动规律,并由此将所研究的周向槽分为准模态和突尖两类周向槽。对于突尖类周向槽机匣,交界面的位置取决于叶顶间隙流体的轴向动量平衡。周向槽可以削弱与主流相抗衡的流体的轴向动量,这种削弱作用越强,周向槽机匣的扩稳效果越好。