基于流线曲率法的超临界二氧化碳离心压缩机通流计算方法

超临界二氧化碳(S-CO_(2))的真实气体特性使得开展S-CO_(2)离心压缩机的三维数值模拟难以获得稳定的收敛结果,同时,数值计算的时间成本进一步增加了压缩机设计优化的难度。对此,本文首先对压缩机开展三维数值模拟,得到流场信息及对应的损失分布,然后在传统流线曲率法中叠加一维损失模型,并沿流线分段计算CO_(2)压缩因子,以此反映真实气体的压缩过程,建立适用于S-CO_(2)离心压缩机的通流计算方法。将通流计算结果与三维数值模拟结果进行对比后发现:流线曲率法得到的子午面相对速度场分布和焓分布与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)结果基本一致;叶片出口温压数据与CFD结果接近,误差分别为0.23%和1.08%,总静等熵效率相差1.5%。结果表明,采用流线曲率法的通流计算可以快速获得较准确的S-CO_(2)离心压缩机叶轮性能参数。

求解流线曲率法反命题的一种新型有限差分方法

针对全三元离心叶轮流线曲率法反命题设计,提出了一种求解S2m流面速度梯度方程的新型有限差分解法。该方法将相对速度沿准正交线的方向导数采用前向差分格式,将相对速度沿流线的方向导数分解为两项,一项采用前向差分,另一项采用后向差分格式,其他各参量沿准正交线或流线的方向导数统一采用前向差分格式。这样便解决了简单采用前向差分格式或后向差分格式难以保证求解速度场的矩阵主对角线元素占优问题,使求解格式具有较强的稳定性和收敛性。新型有限差分求解方法应用于Krain叶轮的改型设计,经计算流体动力学(CFD)分析得,改型叶轮效率提高约0.3%,压比提高约0.2,表明利用新型有限差分法求解S2m流面速度梯度方程是可行的。

基于改进流线曲率法的环形扩压器数值分析

环形扩压器是高涵道比发动机中使用的过渡流道的基本形式。使用高性能的过渡流道是降低低压涡轮级的负荷系数,提高涡轮效率的重要手段之一。发展了环形扩压器性能预测的方法,基于改进的流线曲率法对环形扩压器进行数值模拟,重点分析了影响性能计算的诸多因素。同时,模拟计算四种不同旋流角时扩压器的性能,给出了扩压器的速度和压力分布,揭示了不同旋流角对扩压器性能的影响,给出了最佳旋流角的数值。比较和分析了数值结果和实验结果之间的区别,分析了粘性和掺混对扩压器的影响。通过对两组数据的对比,解释了掺混作用对性能计算的影响,论证了算法的可行性。

液力变矩器三维流动计算——流线曲率法

本文根据吴冲华教授的关于叶轮机械两类相对流面的三维流动理论,推导了适合于液力变矩器内不可压缩流体的流线曲率法计算方程及公式,编制了变矩器三维流动计算流线曲率法的通用程序。利用所编程序,对гT543变矩器内部流场进行了计算,并与试验测量结果作了比较。

基于流线曲率法的航空轴流涡轮损失模型研究

以某单级涡轮为研究对象,基于叶轮机械设计和性能计算中广泛应用的子午面流线曲率法,采用多种不同损失模型对涡轮热力性能进行了数值模拟计算分析,对比分析了各种损失模型在基本假设、损失机理、损失预测、涡轮性能计算方面的差异。这里特别针对不同损失模型,数值分析了涡轮叶片压力损失系数沿相对叶高的变化规律、涡轮叶片平均压力损失系数与进口气流角的关系、相对栅距变化对不同损失模型预测结果的影响。分析结果表明,由于在基本原理和基本假设等方面的差异,不同损失模型的适用条件不同,预测结果差异也较大,在涡轮设计中应特别予以注意。

轴流压缩机叶轮流线曲率法反问题的研究

主要讨论了用流线曲率法构造轴流压缩机的气动反问题计算,首先通过平面叶栅法粗线条地得到一个轴流压缩机算例,然后着重介绍用流线曲率法求解压缩机叶片排间隙中S2流面反问题主方程,从而进一步优化叶型,并通过实例得出了设计计算结果。

流线曲率法三元流离心压缩机的设计

介绍了流线曲率法三元流离心压缩机的设计方法 ,针对一台产品进行具体设计、模型级试验和整机试验 ,结果表明此方法设计可靠性高 ,是一种高效的设计方法。

流线曲率法在多级跨声速轴流压气机特性预测中的应用

为研究多级跨声速压气机的分析问题,以通流理论为基础,采用了一系列适用于跨声速压气机的攻角、落后角和损失等经验模型,发展了一套基于流线曲率法的通流计算程序来预测跨声速压气机流场及其工作特性。为提高经验模型的预测精度,考虑到真实压气机中复杂的三维流动效应,针对部分早期模型进行了合理改进,包括改进了落后角模型使其适用于更大弯度范围叶型,以及采用一种更为合理的可变结构激波损失预测模型。针对两台跨声速压气机算例进行了计算校验,并将校验结果与实验值和三维数值计算进行对比。对比表明,设计工况下总压比最大计算误差为4.1%,效率误差为1.1%,在非设计工况特性预测和展向流场参数计算中也能得到和实验值相符的变化趋势,该通流计算方法可为现代跨声速轴流多级压气机特性分析提供具有参考价值的预测结果。

基于流线曲率法的轴流ORC膨胀机反设计

本文回顾了轴流涡轮气动设计的相关体系,并结合流线曲率法理论开发出一套可用于真实气体工质的涡轮二维反设计程序。该程序在S2流面上对涡轮进行初步设计,是对一维设计方法的完善和补充,同时相比准三维方法,又可以节省大量的计算时间,从而具有一定优势。本文运用运动学分析方法,对S2流面反设计控制方程进行了推导,利用Fortran95语言进行程序开发,并以理想气体涡轮和有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)膨胀机进行了设计验证,取得了良好的效果。

小安装角轴流压气机S_1流面的流线曲率法解

应用流线曲率法解轴流压气机内部流场,解决小安装角轴流压气机S_1流面正问题计算时出现头部突出而产生流线交叉的现象以及迭代难收敛的问题。提出了采用旋转坐标系的方法,以保持叶型头部原有的形状及流道内流线的相对位置不变,经验证得到了很好的结果,可以应用于大多数轴流压气机的计算与分析。

非平衡凝结流线曲率法通流程序开发及应用

在湿蒸汽汽轮机设计中评估湿蒸汽偏离热力学平衡态的程度及其对透平级几何、气动参数设计的影响具有重要意义。本文发展了湿蒸汽非平衡凝结流动的流线曲率法通流设计程序,对某300 MW汽轮机低压缸六级透平内的流动进行了分析,并与平衡凝结流动流线曲率法程序的计算结果进行了对比。结果表明:与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中叶栅后的压力、出口汽流角、湿度以及级的反动度和效率发生了明显变化,非平衡凝结流动的效率降低2 08%,功率降低1.05 MW。本文发展的非平衡凝结流动流线曲率法通流设计程序为我国大功率火电汽轮机低压缸和核电汽轮机的通流设计提供了工具。

基于流线曲率法的轴流及离心压气机通流特性预测

本文基于准正交流线曲率法推导了适用于多级轴流压气机及离心压气机的压力梯度控制方程,并引入不同压气机经验模型,发展一种新型流线曲率法通流计算方法。基于预测方法,计算了亚/跨音速轴流压气机和带无叶/叶片扩压器离心压气机的通流特性,并与实验或三维CFD模拟结果进行了对比.结果表明,本文发展的流线曲率法通流预测结果同实验或CFD结果吻合度较高,这验证了该方法的合理性及所采用经验模型的准确性,因而其能快速、有效地评估多级轴流压气机及离心压气机通流特性.

一种工程实用的多级轴流压气机特性二维数值计算方法

采用二维(轴对称)数学模型,应用流线曲率法求解多级轴流压气机特性.各种不同因素对落后角和损失的影响以分量的形式表示.该方法通过了大量试验数据的校核,具有较高的准确度.对一台多级轴流压气机的计算结果与试验数据的对比分析表明,该方法能较好地预测多级轴流压气机的特性和非设计工况下级间参数的分布.

变循环发动机前可调面积涵道引射器的通流计算方法

为了实现变循环涡扇发动机压缩系统的快速一体化气动设计,研究了变循环特征部件在一体化通流计算中的实现途径,针对其中的关键部件前可调面积涵道引射器(前VABI),结合其工作机理和流线曲率法通流计算方法的特点,提出了一种通流模拟的思路,发展了不同应用条件下的计算方法,并基于汇流环管流动模型对计算方法的合理性和准确性进行了校验。计算结果显示,在不发生流动堵塞的情况下,前VABI的轴向调节和俯仰调节方式对变循环压缩系统中第一、二外涵道匹配工作特性的影响较小,匹配流量的最大误差小于0.2%,在计算中采用俯仰调节可以准确地模拟轴向调节时的真实特性。在通流计算中,当第一外涵道气流总压高于第二外涵道较多(核心机驱动风扇级增压比大)时,前VABI尾缘的通流计算站应该合理设置,以避免计算模型对流通能力的附加限制。前VABI的通流计算方法对第一、二外涵道流量匹配特性的计算误差小于1%(与CFD结果相比),能够满足变循环压缩系统初始方案设计的需求。

基于多目标遗传算法的多级轴流压气机优化设计

建立了一种多级轴流压气机的多目标优化设计方法。采用流线曲率法计算压气机气动性能,结合多目标遗传算法来进行性能参数优化。针对一台两级轴流压气机,选定优化设计的目标是最大的总压比和最高的总绝热效率。将转子尾缘的稠度和相对气流角以及静子尾缘的稠度和气流角作为设计变量。通过优化设计得到一组在两个目标上均优于初始设计的Pareto最优解,对典型的Pareto最优解和初始设计进行分析、比较,证明了该优化设计方法的有效性。

基于随机排序微分进化算法的多级轴流压气机优化技术

为了精确处理多级轴流压气机优化设计过程中的约束条件,提高优化设计可靠性,引入了随机排序微分进化算法。使用随机排序算法处理优化问题中普遍存在的约束条件,并将该算子与微分进化算法耦合。使用13个基准测试函数对算法进行了性能测试。测试结果表明该算法具有可观的精确性和稳定性。随后,对一弹用5级轴流压气机进行了优化设计,在满足约束的条件下,总压和等熵效率分别得到了1.979%和2.5%的效率提升。

轴流压气机损失预估及特性计算方法

基于轴对称的流线曲率法数学模型和NASA低速平面叶栅的实验数据,将管流计算方法与损失和落后角模型结合,形成一套完整的轴流压气机损失预估和特性计算方法。对某单级轴流压气机进行了数值模拟,得到设计、非设计工况的展向的参数分布和全工况特性曲线图,通过与实验结果对比,检验了本文数值方法和损失落后角模型的有效性。

双向轴流通风机设计方法的研究

阐述了用流线曲率法设计双向轴流风机,解决在发生火灾等紧急情况下,使风机具有反向通风能力。对这种可逆风机的要求是风机在正向和逆向送风时,都能具有良好的气动性能。

水轮机转轮三元流场计算方法——准正交面法

介绍了准正交面法, 并将该方法应用于水轮机转轮的三元流场计算中, 建立了准正交面法计算三元流场的数学模型, 且给出了准正交面法迭代求解的总步骤, 从而为水轮机转轮的设计探索了一条新的途径.

径流与斜流涡轮设计的通流反问题方法

自主发展了径流及斜流涡轮的准三维流线曲率法通流设计程序,应用该程序给出了一项500 N推力级微型涡喷发动机斜流涡轮的气动设计和叶片造型.通过计算流体力学检验和整体叶轮强度检验,该微型斜流涡轮超过了预定的设计指标.为实现径流涡轮和斜流涡轮设计反问题的统一,流线曲率法的S2,m流面准径向平衡方程是沿流线方向m和流线的准法线方向q写出,该系统也可用于轴流涡轮的设计.采用了在所有计算站上的"全可控涡法"进行气动设计.