基于分裂激盘的进气道/风扇联合流场计算

为对进气道和风扇联合流场一体化进行计算,在常规激盘模型理论的基础上建立了改进的分裂激盘模型,并通过数值模拟方法与原模型进行对比,验证了分裂激盘模型相对常规激盘模型的准确性。通过使用分裂激盘模型对压气机部分模化,分析了包含分裂激盘模型的进气道风扇联合流场数值模拟问题。研究表明:分裂激盘模型可以有效地消除激盘模型假设产生的误差,数值模拟结果更接近全3维模拟结果,为进/发一体化联合流场的数值模拟提供1种可行的准确方法。

水平轴潮汐透平场的数值研究

为了研究水平轴潮汐透平的动力性能及透平周围流场的结构,在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)的基础上建立了一种可以计算潮汐透平动力性能和流场特征的BE+CFD方法,并在3种工况不同尖速比(TSR)下对透平的功率系数CP和轴向推力系数CT进行了计算,计算结果与实验结果吻合良好,表明所提方法是有效的.在此基础上,对单机透平周围流场进行了模拟,进而分析了透平下游流场的速度分布及透平阵列中横向距离对CP和CT的影响,结果显示:透平下游8倍直径中心处的流场速度值为入口速度时的86%;横向距离对CT影响较小;横向距离减小时CP呈增加趋势.该结果可为水平轴潮汐透平场设计提供理论参考.

交叉潮汐透平阵列能量输出的数值研究

为了使交叉潮汐透平阵列得到更好的应用,针对交叉透平阵列的特性对建立在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)技术基础上的计算潮汐透平水动力性能和流场的BE+CFD方法做了进一步的完善.通过该方法深入研究了交叉透平阵列结构参数对阵列透平能量输出特性的影响,结果表明:透平阵列最优横向间距为2.5倍透平叶轮直径;透平阵列纵向间距越大,透平的能量输出越高,纵向间距为6倍透平叶轮直径时,4排交叉透平阵列的相对功率系数可达3.74;最优结构参数时,前两排透平的能量输出较相同条件的单机透平提高了11%.据此,提出了一种新的交叉透平阵列布置方式,经过比较发现,新的交叉透平阵列布置方式较原交叉阵列的优势更为显著,从流场周围吸收的能量更多,透平阵列的能量输出更高.

旋转总压畸变对压气机稳定性影响的三维非定常模型

基于三维非定常激盘模型,发展了一个可用于预测压气机动态失速特性及旋转总压畸变对压气机气动稳定性影响的三维非定常计算模型,并利用该模型计算分析了旋转总压畸变的幅值和旋转频率变化对一台双级低速轴流压气机性能和气动稳定性的影响.计算结果表明,旋转总压畸变的幅值和旋转频率对压气机的性能、动态失速过程特性和失速边界有强烈的影响;对应系统稳定裕度损失最大值的"危险"响应频率和旋转失速的传播频率比较接近;旋转总压畸变不会影响压气机失速始发的位置,始终是叶尖区域首先进入旋转失速.计算结果与现有试验数据的对比表明该模型比较可靠.

轴流压气机动态失速过程三维计算

基于三维非定常欧拉方程和三维激盘模型发展了一种用于研究轴流压气机动态失速过程的三维计算方法.利用该计算方法研究了某型高压压气机第一级的动态失速过程,并就转子总静压升特性的三种不同径向分布对失速过程的影响进行了分析.计算结果表明该方法能够反映出压气机的三维动态失速过程、失速团的三维空间结构,并能有效地表现出转子沿径向的特性变化对压气机气动稳定性的影响,而且还能够用于判断压气机的危险截面.

叶尖泄漏流对压气机稳定性影响的数值分析

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧拉方程,黏性的影响通过特性曲线体现,因此对计算资源的要求较低。数值模拟的结果表明:在叶尖间隙的影响下,压气机的性能和稳定裕度均有所下降。叶尖间隙不改变失速先兆的类型,但使得失速团旋转速度加快,周向尺寸减小。所发展的叶尖涡模型能够预测叶尖间隙尺寸对压气机稳定边界与失速起始过程的影响,从而为在设计初期考虑压气机的气动稳定性、并且优化压气机设计,提供了一种较为实用的方法。