倾斜式周向槽机匣处理对压气机稳定性的影响

为分析倾斜周向槽机匣处理对跨声速轴流压气机NASA Rotor 37稳定性的影响,采用数值仿真方法研究了光壁机匣和倾斜周向槽机匣的扩稳效果。结果表明:经过周向槽机匣处理后,叶尖泄漏流被诱导进入周向槽,抑制了低速区的发展且泄漏流经过周向槽流出后能够吹除低能区,改善低速区造成的流道堵塞情况,扩大压气机的稳定工作范围;在设计转速下,5种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度,其中,CT3的扩稳效果最好,稳定裕度提高2.86%,而峰值效率降低最少,仅降低0.7%;通过正交试验优化设计方法发现,样本9对于提升转子的稳定裕度效果最为明显,能够将稳定裕度提升2.95%,但会使峰值效率降低1.56%;当周向槽轴向倾斜方式不同时,会使得周向槽的周向截面及槽内流动发生改变,从而对压气机的稳定裕度和峰值效率造成影响。

带周向槽机匣处理的离心压气机扩稳机理分析

机匣处理能够改善压气机稳定裕度,扩大其稳定工作范围。通过对带周向槽机匣处理的NASA低速离心叶轮(LSCC)进行了时间精确的全三维数值模拟,并对周向槽机匣结构和实壁机匣结构在近失速流量点工况下的计算结果进行了比较分析。分析结果表明,周向槽处理机匣对叶顶间隙泄漏涡的抑制是周向槽机匣处理扩稳的主要原因。

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术是工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段。然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况。现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的压气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理。

周向槽机匣处理对跨声速轴流压气机影响分析

设计了一种周向槽机匣处理结构,并利用全三维定常数值模拟方法,研究了该机匣处理结构对某跨声速轴流压气机转子性能和流场的影响。结果表明,数值模拟结果与实验结果符合良好,该周向槽处理机匣使压气机转子的失速点流量减小了11.5%,有效地扩大了其稳定工作范围,但是同时也使得其峰值效率下降了0.82%。对压气机转子内部流场的分析表明,周向槽处理机匣扩稳的主要机理在于其对叶尖间隙泄漏涡与激波干扰后形成的低速流团的抑制,以及对叶片吸力面附面层径向涡在机匣面堆积形成的低速流团的吸除。

倾斜周向槽机匣处理对跨音速压气机流动特性的影响

为研究倾斜周向槽机匣处理对跨音速轴流压气机稳定性的影响,以Rotor37为研究对象,通过数值模拟方法对比研究了径向与倾斜周向槽的扩稳效果。结果表明:在设计转速下,采用3种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度;径向周向槽时稳定裕度提高5.08%,周向槽后倾时提高6.1%,前倾时提高3.75%;径向形式时转子效率最高,前倾形式次之,后倾形式槽内周向环流更复杂,能量损失最大,效率最低。当周向槽轴向倾斜方向不同时,会使周向截面、泄漏流和槽内流动发生变化,对压气机的稳定裕度和效率造成影响。

跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%、30%、40%、50%相对弦长处。数值计算结果表明:原始光壁压气机转子的失速原因为叶尖泄漏流动引发的低速区对于尖部叶片通道的堵塞,其稳定工作裕度为14.74%。采取的周向槽机匣处理能够改变转子叶尖流动堵塞状况。当机匣处理起始位置位于30%相对弦长时,压气机转子稳定工作裕度的提升量最大,相比原始压气机转子的稳定裕度提高了1.86%。

评估周向槽机匣处理扩稳效果的新指标

在分析周向槽机匣处理扩稳装置结构的基础上，采用三维粘性数值分析方法对带周向槽机匣处理的叶栅通道进行了计算，获得一些有益的结果。首次提出用通过处理槽的气流流通量评估周向槽机匣处理的扩稳效果和扩稳能力，分析讨论了处理装置的各种结构尺寸参数对扩稳效果的影响，并得到大量实验结果的证实。为工程设计压气机机匣处理装置提供了理论依据。

不同类型搭接网格对周向槽处理机匣模拟结果影响研究

为深入研究不同类型搭接网格对周向槽处理机匣数值模拟结果的影响,以单级跨声速压气机及其转子叶顶的周向槽处理机匣为研究对象,划分了多种计算网格并采用不同类型搭接网格关联周向槽与压气机主流道。三维定常数值模拟和分析表明,传统完全非匹配搭接网格在计算上会导致流场数据通过搭接网格传递时明显失真,使转子尖部复杂流动呈现显著间断特征,给压气机内流和性能模拟结果带来较大不确定性;增强搭接网格匹配度,有利于提高流场数据传递精度,弱化转子尖部复杂流动的不连续性,降低模拟结果的不确定性;采用完全匹配类型搭接网格,可在计算上完全避免搭界网格上的流场数据传递失真,从而使压气机内流及性能模拟结果具有更高的可信度。

带机匣处理的离心压气机顶部流场分析研究

在定常计算结果的基础上,对带放气型周向槽的低速离心压气机内部进行了非定常的全三维数值模拟计算。将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽机匣处理的压气机转子顶部区域流场结构以及压气机内部流场,得出放气型周向槽机匣处理的扩稳机理。

转速匹配效应影响下周向槽机匣处理对转压气机性能的影响

采用数值模拟方法,通过分别在对转压气机(counter-rotating compressor,CRC)前后两排转子上进行周向槽机匣处理,研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明:当前排转子R1转速高于后排转子R2时,其最先失速级为R1,当R2转速等于或高于R1时,其最先失速级为R2。在对转压气机的最先失速级进行机匣处理可以有效改善所处理转子的叶尖附近流场,包括来流相对气流角的减小、叶尖泄漏流反向轴向动量的减小、叶尖泄漏流与主流交界面位置的后移及叶尖堵塞程度的减弱等,进而提升了其失速裕度。机匣处理一般仅能对所处理转子的流场产生较大影响,但在特殊情况下也会使非处理转子的流场发生明显改变。

间隙流触发压气机内部流动失稳机制及周向槽扩稳机理

利用高频响动态压力传感器对某低速轴流压气机转子的失速先兆和顶部流场进行了详细的测试,探明该压气机内部存在与叶顶间隙泄漏流相关的突发型失速先兆,对压气机转子内部流场进行了单通道定常和非定常数值模拟,详细分析了压气机内部流动失稳过程中顶部流场结构的变化,揭示顶部间隙泄漏流触发轴流压气机内部流动失稳机理.在此基础上,利用周向槽处理机匣结构对顶部间隙泄漏流进行控制,并探讨了周向槽处理机匣结构提高压气机稳定工作裕度机理.

基于正交试验的跨音压气机叶型和周向槽机匣处理参数化研究

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使单项试验指标最优和兼顾两项试验指标的各因素水平组合方案。通过对流场的分析表明,优化后的方案抑制了叶顶区域泄漏涡和激波相互作用所引起的低速区,缓解了叶顶区域的堵塞,使压气机的失速裕度提高.同时周向槽内的流动及其与主流的掺混造成叶顶区域流动损失增加,峰值效率降低。

离心压气机周向槽机匣处理方案的对比分析

为了提高一带小叶片离心压气机50%设计转速下失速裕度,设计了两套周向槽机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机流场进行了数值模拟分析.计算结果表明:①第一套方案可以使压气机失速裕度提高10%,并且对压气机压比和效率影响很小,没有带来较大的压比和效率损失;②第一套方案对离心叶轮大叶片75%左右轴向弦长前尖部流场的改善是失速裕度提高的主要原因;③第二套方案没有提高压气机失速裕度,主要是由于开槽的位置不恰当和周向槽过深的原因.

周向槽机匣处理对某跨音转子性能的影响

为了研究处理机匣对压气机稳定性的影响并探讨其中的流动机理,采用数值模拟方法研究了一系列深度不同的周向槽处理机匣结构对跨音压气机转子Rotor37性能的影响。结果表明:叶尖泄漏涡与激波干涉后形成的堵塞区是诱发失速的主要原因。采用周向槽机匣处理可以显著增加转子的稳定裕度,且裕度增量与槽深度呈"双峰"关系;尺寸最优的浅周向槽和深周向槽可分别获得6.7%和7.3%的稳定裕度增加,而前者的效率损失更小。该处理机匣的扩稳机理在于减弱甚至移除了泄漏涡破碎形成的堵塞区。最后从动量方程的角度对深浅槽的扩稳机理分别进行了分析。

预旋对周向槽处理机匣扩稳能力的影响

以Rotor 67转子为研究对象,通过数值模拟的手段分析了周向槽(CG)提高转子失速裕度(SM)的机理,并在此基础上研究了周向槽处理机匣与转子前预旋的匹配问题。结果表明:在Rotor 67转子中,叶尖泄漏流与激波相互干渉产生的低速区是转子失速的重要原因,而周向槽内气流离开时形成的与泄漏涡(LV)方向相反的涡会抑制泄漏涡的周向发展,是周向槽的扩稳机理之一。通过分析周向槽处理机匣在不同预旋条件下扩稳效果的变化,显示在不同流量点、不同预旋条件下,随着转子叶尖负荷位置的变化,起主要扩稳作用的处理槽不同,并在此原则下,提出了一种周向槽设计的思路。

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。