发动机工作状态对排气扩压器流动特性的影响

为了准确描述发动机工作状态对高空台排气扩压器流动特性的影响,采用Fluent软件数值模拟分析了3 km和5 km飞行高度,发动机中间状态、小加力状态和最大状态下高空台排气扩压器气流压力、速度、温度的变化规律。结果表明:飞行高度为3 km和5 km时,相同状态下排气扩压器内气流压力、速度、温度变化趋势基本一致。经过排气扩压器扩压减速后,发动机中间状态、小加力状态和最大状态下气流静压增加了12%,21%,25%,气流速度衰减了79%,80%,76%。当发动机工作状态从中间状态转变为最大状态时,排气扩压器内气流温度逐渐升高,波动也越大。

变截面支撑板提升燃气轮机排气扩压器气动性能的研究

为提升燃气轮机排气扩压器的气动性能,文章设计了一种变截面弯扭锥形支撑板。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)的方法在两种进气旋流角条件下对比分析了原始结构支撑板和变截面弯扭锥形支撑板对排气扩压器气动性能的影响。研究表明:进气旋流角为16°和28°时,与原始结构支撑板相比,变截面弯扭锥形支撑板一方面通过其后掠锥形设计使得气流对支撑板前缘的冲击沿轴向逐渐发生,另一方面通过前缘的弯度设计减小了相对进气攻角,使得排气扩压器内流动分离减弱,进而减小排气扩压器的总压损失系数。进气旋流角为28°时,变截面支撑板还可以显著增加排气扩压器的动压转化系数。变截面支撑板在进气旋流角分别为16°和28°时使得排气扩压器的静压恢复系数相对提升4.8%和30%。所提出的变截面弯扭锥形支撑板有效提升了排气扩压器的静压恢复性能。

径流式涡轮排气扩压器流动性能模拟研究

本文研究了径流式涡轮排气扩压器特性对涡轮增压器与中速柴油机匹配性能的影响。在研究过程中，假定排气扩压器的气流为一元准稳定不可压缩气流，试验装置采用压缩气源供气。根据相似理论模拟中速柴油机排气的气流状态进行内壁为直线型面（定为Ａ型）及内壁为曲线型面（定为Ｂ型）这两种型面的扩压器模拟试验。计算和试验结果表明：（１）不论Ａ型或Ｂ型排气扩压器都能改善径流式涡轮的性能，从而提高涡轮效率及涡轮增压器总效率；（２）当扩张角较大时，Ｂ型扩压器因有较高的扩压器效率及压力恢复系数，其性能优于Ａ型扩压器，这将更有利于改善涡轮增压器与中速柴油机的匹配性能。

支撑板型线和径向倾斜设计对燃气轮机排气扩压器气动性能的影响

支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)和Realizable k-ε湍流模型的方法,对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究,探究在四种进气预旋下,支撑板截面型线以及本文提出的支撑板径向倾斜设计方案对排气扩压器气动性能的影响。结果表明:进气预旋和支撑板设计方式相同时,截面型线更薄的支撑板更易导致流体在支撑板附近的分离及更大范围的尾迹流,从而增大总压损失;支撑板截面形状相同时,与径向垂直设计相比,支撑板采用径向倾斜设计使得排气扩压器通道面积变化更加平缓,从而使得在四种进气预旋下,排气扩压器的总压损失系数下降7%~20%。当支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.2时,相对于径向垂直设计,支撑板采用径向倾斜设计方式的排气扩压器静压恢复系数在进气预旋φ=0.35和φ=0.64时分别提升了4.7%和3.8%;但在支撑板截面型线宽长比(d/C)为0.12和0.175时,支撑板采用径向倾斜设计方式会降低排气扩压器在进气预旋φ=0.64和φ=1.00时的静压恢复性能。

基于NACA翼型的燃气轮机排气扩压器支撑保护罩气动外形优化研究

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向高度横截面的马赫数分布,支撑保护罩下游的总压损失系数,排气扩压器的静压分布、静压恢复系、通道涡、出口静熵以及透平末级静叶、动叶尾迹对排气扩压器静压恢复系数的影响。稳态研究结果表明:新设计的两种支撑保护罩气动外形延迟了保护罩表面气流分离,其下游总压损失系数降低,排气扩压器静压恢复系数有明显提升;瞬态研究结果表明:透平末级静叶和动叶尾迹对径向排气扩压器静压恢复系数影响较小。

支撑板构型提升燃气轮机排气扩压器气动性能研究

为提升排气扩压器的气动性能,基于燃气轮机排气扩压器典型支撑板结构,提出了带有弯度的直列支撑板(结构B)和弯扭支撑板(结构C)2种新构型支撑板。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)的方法研究了2种新构型支撑板在4种进气预旋下对排气扩压器气动性能的影响。基于安装典型结构支撑板的排气扩压器的实验测量数据,验证了数值方法的有效性。研究表明:进气预旋为0.35和0.48时,3种不同形状支撑板对排气扩压器总压损失系数没有产生明显的影响,但由于结构B支撑板附近的分离流对出口流动结构影响更大,使得动压系数显著降低,进而导致静压恢复系数下降。结构C支撑板则没有对排气扩压器的静压恢复系数产生明显影响。随着进气预旋增加,结构B和结构C支撑板显著减弱了轮毂附近的角区分离流,使得总压损失系数下降的同时,动压系数有所增加。相比于原始结构支撑板,结构B和结构C支撑板在进气预旋为0.64和0.89时显著增大了排气扩压器的静压恢复系数,其中结构C支撑板将静压恢复系数分别提升16%和23%。所提出的结构C支撑板能够有效提高大进气预旋下排气扩压器的气动性能,有效拓宽了排气扩压器的高效工作范围。

民用航空发动机高空模拟试验排气扩压器特性分析

基于射流理论分析了民用航空发动机高空模拟试验时的排气流场,应用喷射器模型建立了针对民用航空发动机排气扩压器气动性能的计算方法,并完成了民用航空发动机试验的排气扩压器性能计算。分析了排气扩压器出口的增压比、马赫数、总温、体积流量,与排气扩压器内径和二股流流量之间的关系。基于计算分析结果,建议民用航空发动机高空模拟试车台排气采用直接喷水冷却方式,高空模拟试验时尽可能控制二股流流量。

透平末级动叶顶部间隙变化对排气扩压器气动性能的影响

文章采用数值分析方法研究了透平末级动叶顶部间隙变化对排气扩压器气动性能的影响。结果显示随着叶顶间隙相对值从0%逐渐增大至1.5%,排气扩压器进口气流角和总压逐渐增大,排气扩压器静压恢复性能先提升,然后逐渐下降。

空气喷气发动机试车台排气扩压器设计及试验研究

排气扩压器的作用是将发动机排出燃气的部分动能转换成压力能，真实模拟发动机排气反压和环境压力条件。它是高空台排气系统将被试发动机的高温高速燃气进行减速、降温、降低噪声，从而使燃气顺利地进人引射器（排气抽气设备）或排入大气的关键部件之一。排气扩压器的设计与被试发动机的合理配置至关重要。它与高空台的模拟高度、工作范围及节约能源等问题直接相关。所以必须综合考虑排气扩压器的设计问题。

排气扩压器对TBCC排气系统的流道性能影响研究

为了研究不同的排气扩压器(简称排扩)直径、排扩形状以及排扩与单边膨胀组合喷管模型之间的相对位置对缩比喷管试验推力测量的影响,对3种排扩在不同的长径比下,进行了共6组风洞试验,同时对相应工况进行了数值模拟,并将试验与数值计算结果进行比较。研究结果表明:排扩的形状对喷管测力影响很小;大直径的排扩2的距离变化对测得的推力系数基本没有影响,但小直径的排扩1在排扩入口与喷管出口齐平工况下测得的推力系数明显小于喷管伸入排扩工况;在喷管模型伸入排扩工况下,排扩的直径对喷管测力基本无影响,但是在喷管出口与排扩入口齐平的工况下,使用小直径的排扩1会使测得的推力系数偏小。因此,排扩的几何参数变化对喷管外壁面的边界层流动影响很小,在排扩对喷管出口流场产生雍塞时,会影响喷管的推力测量。

支撑板结构对燃气轮机排气扩压器气动性能影响的数值研究

支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS(ReynoldsAveraged Navier-Stokes)的方法,在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下,探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动性能的影响,并基于正交试验原理,探究了不同几何参数对排气扩压器气动性能影响程度的差异。结果表明:支撑板数目的减少和轴向位置更靠近出口可以有效提升排气扩压器在不同进气预旋下的静压恢复系数,支撑板的倾斜设计在进气预旋小于0.48时,能有效提升排气扩压器的静压恢复系数,但在进气预旋大于0.48后,则会带来不利影响。基于正交试验原理的数值计算则表明,在进气预旋为0.12时,支撑板数目、轴向位置、倾斜角度三个因素变动对排气扩压器静压恢复系数的影响相近,进气预旋为0.35时,三者对静压恢复系数影响的贡献率分别为40.2%,30.9%,7.3%。进气预旋为0.89时,三者的贡献率分别为32.3%,22.2%,19.8%。

透平轴径式环形排气扩压器优化设计分析与试验比较

一、引言 排气扩压器是各种透平所共有的气动元件。实现低流动损失大扩压度的轴径式环形排气扩压器有助于进一步回收透平末级出口动能,增加透平的实际输出功。扩压器的优化设计可以从预定壁面摩擦损失最小的速度分布出发,由反问题求得形状。

高空台排气扩压器的计算

介绍了高空模拟试车台 (以下简称高空台 )排气扩压器的功用、设计原则和计算方法 ,给出了排气扩压器直段直径和加力状态及非加力状态下排气扩压器效率的计算公式。对排气扩压器的一些主要技术参数的选取如膨胀比、扩压器的效率、扩压器直段长度及锥段尺寸、扩压器进口到尾喷口的距离等 ,给出了具体的数值并作了必要的说明。

燃气轮机排气扩压器研究现状

燃气轮机是关系国家安全和国民经济发展的核心装备,排气扩压器气动性能对燃气轮机整机效率有重要影响。排气扩压器与上游流场的相互作用及其复杂的几何结构,导致了扩压器内流场易分离、多损失的流动特征。为探明扩压器的流动特征及其与透平的耦合机理,综述了国内外扩压器气动性能和优化设计的研究现状,讨论了扩压器设计与优化方面未来的研究方向,未来的研究需要充分考虑透平和扩压器的相互作用以及将参数化等方法引入扩压器优化设计问题以提高工作效率。

排气扩压器极限点流动模式分析及引射器工作状态特性

根据试验实测的引射器极限工作点数据 ,分析了引射器初始段内主动射流输运特性对极限点工作参数的重大影响 ,提出了引射器极限工作点的实际流动模式 ,剖析了引射器极限膨胀比不可逾越性。从理论和试验证明 ,引射器在抽除射流输运质量的条件下 ,可以将使用膨胀比提高到远远超过极限膨胀比的广阔区域。首次获得了从低膨胀比到超越极限膨胀比限制的高膨胀比的“引射器工作状态试验特性”。

排气扩压器对高空舱压的影响与控制方法

为研究排气扩压器流动特性对高空舱后舱压力控制的影响,采用ANSYS19.1对排气扩压器进行数学建模和流场数值模拟分析,揭示其内部实际流动的物理过程;在次流质量流量为20 kg/s时,数值模拟不同排气扩压器背压和主流流量时后舱压力的变化规律,并通过样条插值得到排气扩压器背压、主流流量和后舱压力三者关系模型;建立高空舱后舱压力控制系统仿真模型,分析在不同调节模式和不同控制方法下排气扩压器流动特性对压力调节的影响。结果表明:发动机喷嘴出口处速度最大,混合后速度迅速下降,下降了约88%,而压力沿着排气扩压器轴向逐渐增大,最后趋于边界值。在发动机过渡态试验中,排气扩压器流动特性对后舱压力控制系统扰动很大,线性PID(proportion integration differentiation)控制难以保证后舱压力高精度、强抗扰的调节品质要求,而非线性PID控制不仅能减小排气扩压器流动特性对压力调节的影响,抑制发动机流量扰动,而且能保证瞬态响应快,超调量小,调节精度高。

分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验排气布局评估

为评估分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验的排气特性,采用数值仿真方法,对分开排气发动机高空模拟试验时配备的排气扩压器的结构进行分析。主要从发动机尾锥与排气扩压器入口距离、排气扩压器结构尺寸、舱内压力模拟偏差及次流四方面影响进行排气特性计算,并以发动机设计推力进行检验。结果表明:该发动机进行高空模拟试验时,排气扩压器直径应不小于3.5 m,排气扩压器直段长度不小于9.0 m,发动机尾锥与排气扩压器入口距离以0.85倍扩压器直段直径为宜;发动机飞行包线的巡航点和左边界点的推力偏差,均随模拟舱压偏差绝对值的增大而增大,但巡航点推力变化斜率较大。

Influence of the wakes of rotating spokes on the performance of a turbine exhaust diffuser

The design of turbine exhaust diffusers is still commonly based upon conservative design charts which do not consider the influence of the components installed upstream such as the last turbine stage.Based on investigations with different spoke wheels which approximate the blade wakes of the last turbine stage,the influence of a rotating bladed disc on the flow in a exhaust diffuser is presented.The pressure recovery for an annual diffuser with 15° half cone angle and the 5 mm spoke wheel used in the model test is very high and nearly independent on the rotational speed and the corresponding Strouhal number.For a 20° annual diffuser,the pressure recovery increases with Strouhal number