掠弯叶片前缘曲线同流场结构的关联

在全三维反问题还不成熟的条件下 ,由二维反问题和三维正问题组成的准三维设计体系中 ,叶片的前缘是由给定的积迭轴和基元叶型特征决定 ,具有任意性 ,难于对其加以控制。因此本文试图把掠弯叶片的前缘空间曲线作为设计自由度 ,增加到设计体系中 ,实现设计中前缘空间曲线同流场结构的关联 ,利用前缘形状控制流场中的激波结构和二次流的迁移 ,改善流场结构。并以一个高负荷跨音单级风扇的气动设计为例 ,对这一改进进行了验证。

周向弯曲方向对弯掠叶片气动-声学性能影响的实验

以具有相同几何参数的常规径向叶片、周向前弯和周向后弯叶片为研究对象,对旋转动叶片周向弯曲后叶轮的气动和声学性能进行了对比试验研究。同时采用五孔探针半对向测量方法研究了周向弯曲后出口气流参数沿叶高的分布规律。结果表明,与原型径向叶轮相比,在保持叶片几何参数不变,仅引入周向弯曲后,无论周向前弯还是后弯,均导致叶轮的效率和压升降低。叶片周向前弯可以有效地降低气动噪声,大幅度地增加风扇的喘振裕度。在相同的周向弯曲角度下,采用周向前弯技术明显优于周向后弯。此外,研究表明弯掠叶片径向力对于气流参数沿叶高的分布具有较大的影响。周向前弯叶轮改善了叶顶附近的流动状况,但中部叶高区域的损失增加。对于周向后弯叶轮,虽然叶片中部损失减小,但两端部损失增加明显。

叶片弯、掠对压气机端壁流动的影响

通过壁面静压测量、流场显示及气动探针测量研究了不同掠型叶片组成的平面扩压叶栅特性。结果表明,前掠 叶栅流道中横向压力梯度减弱,型面压力沿叶展呈反“C”型,有利于减弱角区低能流体堆积,但中径处损失有所增加; 弯掠叶片强化了上述趋势,其降低端部损失和延缓角区分离的能力更强,应从优化设计角度对其进行深入研究。

弯掠叶片对轴流泵驼峰及空化性能的影响

以高速轴流泵为研究对象,通过改变叶片在轴面的积迭线得到弯掠叶片.分别对弯掠叶片高速轴流泵和原型叶片高速轴流泵进行全三维流道整机数值模拟,得到其外特性曲线,并针对设计工况和出现'驼峰区'时对应的失速工况施加空化模型进行数值模拟,研究叶片的弯掠对其空化性能的影响及叶片表面压力分布规律.模拟结果对比表明:合理的弯掠叶片可有效改善原型叶片轴流泵出现的'驼峰区',控制叶顶二次流的发生及发展,回收端壁二次流的能量损失,从而改善轴流泵在驼峰区的运行性能;同时,弯掠叶片提高了轴流泵在失速工况的空化性能,改变其叶片进口处梯度分布,避免了流体在壁面较易产生的分离流动;但在设计工况时其空化性能劣于原型叶片轴流泵,叶片表面压力分布也显示,原型叶片的表面压差大于弯掠叶片的表面压差,因此在设计工况时原型叶片的做功能力优于弯掠叶片.

高负荷弯掠叶片力学模型与应力抑制研究

几何构型对叶片应力的影响规律是高负荷弯掠叶片应力优化的关键。建立了带有弯掠与扭曲结构特征参数的叶片力学模型,研究了掠形与扭转构型对叶片应力分布的影响。结果表明:弯掠造成的附加弯矩与叶型截面形心位置紧密相关,弯曲应力极值可能出现在叶型前缘、尾缘和叶背中部三个区域;扭转造成的附加扭矩的大小由叶尖到叶根逐渐增加,在叶片自然扭曲率较小时,附加扭矩为负方向,其作用致使叶片解扭;对于典型弯掠叶片,其离心力作用下的径向力载荷决定着自身的截面平均应力水平,而附加弯矩和扭矩载荷决定着截面的应力分布形式。在给定的叶型条件下,可通过掠形方式的调整使附加弯矩与扭矩相抵消,降低叶片峰值应力30%以上。

弯扭掠三维叶片综合流型与流场结构优化的设计思想及应用——弯扭掠叶片设计体系与设计思想研究之二

重点研究了弯扭掠三维叶片的设计思想与应用,讨论了弯、扭、掠之间和弯、扭、掠与回转面之间互相匹配的原则。透平级的气动设计是多参数、多流型的综合优化的过程,在三维叶片设计中,必须认真研究弯。扭、掠、转与回转面之间的关系,认真研究流场结构的优化。讨论了l/b比较小的跨声速高压燃气涡轮静叶采用弯掠的匹配的规律,并介绍了扭掠叶片的设计体系与设计思想的应用。

民用通风机气动设计中弯掠长叶片的数值模拟

采用数值模拟的方法 ,分别对弯掠叶片造型和直叶片造型两种情况下高性能民用通风机叶片内三维紊流流场进行了计算 ;计算程序中采用有限体积法 ,在任意非正交曲线坐标系下 ,用SIMPLE算法求解三维N S方程和K ε湍流方程 .计算结果表明 ,弯掠叶片造型的民用通风机的流动参数和总性能参数更接近设计指标 ,而且采用弯掠叶片可以更有效地控制气流的流动 ,对减少二次流损失起了很大作用 .

高性能弯掠叶片及其对内流影响的研究概况

介绍了国内外有关高性能弯掠叶片的设计及其影响内流 (主要为端壁流 )的研究成果 。

矿用轴流风机弯掠叶片的设计与仿真分析

以矿用轴流风机为研究对象,应用流体分析软件Fluent对风机三维流场进行了数值模拟,仿真得出了前弯、前掠和弯掠3种叶片的压力分布情况及叶片相对流速大小,分析了弯、掠角对叶片压力面及吸力面压力分布和相对流速分布的影响,仿真结果为风机叶片的优化设计提供了理论依据。

弯掠形叶片高速气动力学分析初探

根据高性能单级风扇的设计实践,对弯掠形叶片的气动设计原理作了初步理论分析,同时对弯掠形叶片槽道中的空间激波作了数学上的描述。

跨音速压气机中展弦比对弯掠叶片气动性能影响的分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,表明计算与实验结果吻合的较好。为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片适用的展弦比条件,在0°攻角下,展弦比为1.25、1.50和2.00,对0-30°弯掠叶片流场进行了数值分析,结果表明,当10°弯掠角时,小展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显;而在20°弯掠角时,大展弦比弯掠叶片对叶片性能影响较为明显。弯掠叶片使前缘激波转化为斜激波,并减弱了通道激波的强度,因而降低了叶栅激波损失。可以证明,在跨音速条件下展弦比的大小是如何使用弯掠叶片的一个重要的参考因素。

弯掠叶片对降尘器性能影响的数值研究

为了研究弯掠叶片对降尘器性能的影响,采用CFD数值模拟的方法,首先研究了不同叶片对叶顶流场和压力面压力分布情况的影响,然后对叶片的前弯角度和前掠角度进行正交试验,用MATLAB对试验结果进行回归分析,并对最优方案进行仿真验证。研究结果表明:前掠和弯掠叶片能够有效改善叶顶流体流动情况;在相同工作条件下,弯掠叶片做功能力最优;通过回归分析得到了降尘器叶片最佳弯掠角度组合为前弯角度5°、前掠角度4°。研究结果可为降尘器弯掠叶片设计提供参考。

基于积叠线设计的弯掠叶片静强度优化方法

将叶片积叠方式作为结构设计的自变量,实现弯掠叶片的参数化建模,为适应优化设计的迭代要求,发展了一种能够自动更新的叶片有限元结构化网格模化方法。基于Voronoi图的自然邻点插值法,编制了高稳定性的气动载荷插值程序,可高效地完成流场分析结果向结构静强度分析中气动载荷的自动转换。引入子模型的思想对叶根边界条件进行等效处理,采用遗传算法建立基于叶片积叠线设计的自动优化方法,用以解决弯掠叶片静强度问题。通过高负荷弯掠叶片的工程实例应用,验证了优化方法的可行性和有效性,相对于初始设计,积叠线设计可以有效地改善叶片应力分布,应力幅值下降8.9%,使其满足静强度设计要求。

冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析

采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,对已有的某弯掠轴流风机进行数值模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。为满足给定的性能要求,以该风机弯掠叶片为基础,利用变型设计方法得到四种结构的叶轮并对其进行数值模拟和性能预测。比较分析Z=5时3种结构叶轮出口轴面全压分布云图及叶顶径向回转流面上流线分布图:叶顶前缘高压随叶片安装角的增加而增大;回转流面上流线分布均匀,叶顶吸力面前缘存在小的涡流区域,且随叶片安装角增加而增大。

小流量下周向弯曲叶片叶顶泄漏流动的PIV研究

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,采用PIV技术测量小流量工况下叶顶区域瞬态速度场。基于小流量压力峰值工况下的瞬态测量结果,详细阐述了周向弯曲叶片叶顶泄漏涡的演化过程。结果表明:小流量压力峰值工况下,周向弯曲叶片叶顶泄漏涡存在瞬态特性,泄漏涡起源向前缘方向迁移,涡核在向下游发展的过程中不断破碎,沿端壁向通道中部迁移,并发生径向迁移;周向后弯叶片的泄漏涡较周向前弯叶片迁移明显,涡核破碎过程剧烈;周向前弯叶片有利于叶顶泄漏涡的控制。

弯掠动叶扩大稳定工作范围的实验研究

本实验利用两组轴流试验风机，每组分别为一台是常规（径向）动叶，另一台为弯掠动叶。一组保持它们具有（除弦长外）相同的几何参数和相同的转速（弯掠动叶中径处弦长增加量为２０．４％）；另一组具有相同的风机最高压比及其相对应的流量。在这两种条件下对每组风机进行了气动—声学性能的实验，其结果表明：具有弯掠动叶的轴流风机不仅改善了气动—声学性能，而且还大幅度地扩大了稳定工作范围。根据实验结果，对弯掠动叶扩大轴流风机稳定工作范围的机理进行了讨论。

冲角变化对弯掠压气机叶栅壁面静压分布的影响

实验研究了冲角变化对不同掠型叶片组成的平面扩压叶栅壁面静压分布的影响。结果表明,变冲角时弯掠叶栅端部横向、径向及流向压力梯度分布改善,正冲角时端壁与吸力面附面层相互作用减弱,避免了低能流体在吸力面角区的积聚及分离,同时也使得中径附近损失有所增加,但其总损失没有明显增大;负冲角时弯掠叶栅中径附近的损失增加在总损失中占主导地位,气动性能下降。在较大正冲角时弯掠叶栅仍能保持角区流动的稳定,若增大中径处的设计冲角能够获得更好的气动性能。

跨音速压气机叶栅中稠度对弯掠叶栅流场影响的数值分析

将一跨音速静叶栅数值计算结果与实验结果进行了比较,结果表明计算与实验结果吻合较好。为了讨论跨音速压气机中弯掠叶片的适用条件,在0°攻角下,稠度为1.75、1.50和1.25,对0～30°弯掠叶流场进行了数值分析,结果表明大稠度弯掠叶片的效果较为明显。弯掠叶片使前缘激波转化为斜激波,并减弱了通道激波的强度,因而降低了叶栅激波损失。可以验证在跨音速条件下稠度的大小是否在静叶栅中使用弯叶片的一个重要的参考因素。

双激盘理论及其在轴流式弯掠动叶栅气动计算中的应用

轴流式弯掠动叶栅对主气流作用有一个不容忽视的径向分力。为此本文提出“双激盘理论”及相应的一套计算方法，其中包括阻力系数及出口气流角值沿径分布的修正，用来进行低速低负荷轴流式弯掠（即必须计及叶片径向分力影响的）风扇的设计和性能估计。用一个弯掠动叶和一个非弯掠动叶的风扇进行验证性试验，结果表明：计算与实测值吻合甚好。

航空发动机风扇转叶弯掠优化及气动特性分析

对某航空发动机风扇转子叶片物理模型进行弯掠优化设计,改善在设计工况下的总压比和等熵效率以提高发动机整体性能。利用定常数值模拟方法完成计算网格的无相关性检查并采用动叶80万网格方案验证风扇计算模型的有效性。选择贝塞尔曲线对风扇动叶的积叠线进行拟合,通过参数控制叶片积叠线的周向弯和轴向掠;以风扇设计点总压比和等熵效率为目标函数,使用人工神经网络和遗传算法相结合的组合优化算法,对风扇动叶弯掠参数进行自动寻优。风扇叶片弯掠改型使设计点总压比提高了0.18%,等熵效率提高了0.71%。实验结果表明:调整叶片沿展向和弦向的静压分布,可减小叶尖泄漏损失和端壁损失,提高风扇在设计点的气动性能。