旋转反压与离心式压气机叶片相互作用数值模拟研究

由于旋转爆轰燃烧室具有自增压、热效率高的特点,将航空涡轮发动机的燃烧室替换为旋转爆轰燃烧室可进一步提高发动机性能。本文基于非稳态雷诺时均Navier-Stokes方法,采用k-ε湍流模型,针对旋转反压与离心式压气机叶片的相互作用开展三维数值模拟,研究旋转反压形成的前传压力波与扩压器及叶轮叶片的相互作用,分析旋转反压传播方向对前传压力波运动过程的影响。结果表明:旋转反压会在压气机内形成前传压力波,其与扩压器和叶轮的叶片相互作用,形成复杂的波系结构。当旋转反压传播方向与叶轮旋转方向相反时,前传压力波的压力峰值在扩压器内先下降后上升,在进入叶轮通道后迅速下降,无法到达叶轮入口。当旋转反压传播方向与叶轮旋转方向一致时,压力波波形发生明显变化,其与扩压器叶片相互碰撞导致强度明显下降,向上游传播距离更短。

离心式压气机流-热-固耦合分析

利用松散耦合方法建立离心式压气机稳态流-热-固耦合模型,将离心式压气机解耦成气动、传热和结构三个子系统,子系统间存在热、力和变形的传递。由于不匹配的网格划分,利用反距离平均方法构造插值函数实现热与力向结构的传递,采用统一有限元模型实现热-固顺序耦合分析,利用网格重生成技术实现结构变形到气动分析模型的传递。经过3次迭代离心式压气机耦合系统达到收敛。结果表明,分析的离心式压气机内部流-热-固耦合强烈,耦合解法与非耦合解法得到压气机响应存在较大差异,对于多学科耦合强烈的构件,需要考虑学科间的耦合效应反应真实的工作状况。

高原环境下离心式压气机通用特性研究

针对高原环境下工作的车用柴油机涡轮增压器,对离心压气机的通用特性进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了高原进口条件及低雷诺数对于压气机特性的影响。通过改变不同条件下压气机的进口参数,采用折合流量和折合转速的方法对压气机的性能进行对比分析;讨论了高原环境下进口温度和进口压力的变化对压气机折合特性的影响,研究了低雷诺数对压气机内部流场的影响,得到了高原条件下压气机通用特性的变化规律。结果表明,高原条件下压气机进口压力减小导致雷诺数降低,引起压气机内部流动发生变化,是压气机性能下降的主要原因。

基于流固耦合方法的离心式压气机叶片强度与振动特性研究

采用流体动力学及有限元方法,对某型带分流叶片的离心式压气机叶轮进行了单向流固耦合分析。建立了叶轮单个通道的三维流场模型,得到某转速下压气机叶轮内部流场的应力分布,然后将气动力施加在叶片上,获得离心力和气动力共同作用时主叶片及分流叶片上的应力分布及最大变形量,最后对比分析了离心力与气动力对叶片应力应变和振动特性的影响。

基于NURBS离心式压气机参数化造型设计及气动优化

基于特征造型技术进行含扩压器离心式压气机参数化造型方法的研究。将叶轮分解为叶片和轮盘两个特征,径流式叶片型线采用非均匀有理B样条表达,直纹面实现叶身成型;扩压器叶片型线利用具有三阶导数连续的五次多项式法构造,以叶根型线草图拉伸生成扩压器叶片实体模型。在CAD(computer aided design)软件二次开发基础上实现离心式压气机模型自动创建,以径流式叶片控制点周向转角和扩压器安装角为设计变量,利用全局和局部优化算法组合寻优,实现离心式压气机气动优化,改善压气机气动性能。结果显示优化后径流式的叶型呈现明显的倾斜特征。

离心式压气机耦合松弛多学科设计优化方法

为提高多学科设计优化的寻优效率,以离心式压气机为对象,开展了耦合松弛多学科设计优化方法的研究。针对松散耦合方法建立的离心式压气机的流-热-固耦合分析模型,为了避免反复迭代导致的分析、优化时间过长,构建了分层次的离心式压气机耦合松弛优化设计系统。在气动优化中采用全局寻优算法探索系统最优气动设计方案;在耦合优化阶段,综合考虑学科间耦合及相互作用,在气动优化的基础上局部寻优校验气动优化结果并得到最终设计方案。这种不同复杂层次模型的优化设计有效缩减了系统优化设计周期。

离心式压气机的模化设计与分析

[目的]作为叶轮机械领域的研究热点,离心式压气机对燃气轮机总体性能的影响很大。为了在相对较少的试验工况下实现性能优良的新型压气机设计,可采用效率高、成本低的模化设计方法。[方法]以某型高性能离心式压气机为母型,基于相似原理模化设计压比为4.42,绝热效率为79.19%的新型压气机,并采用NUMECA系列软件对离心压气机进行网格划分和三维流场数值模拟,对比分析模化压气机与母型压气机在80%,90%,100%,110%转速工况下的主要性能参数。[结果]结果表明:在100%转速工况下,模化压气机的喘振裕度比母型压气机提高了5.48%,但在其他转速工况下均下降了1%左右;模化压气机的压比与绝热效率在小流量工况下相对于母型压气机略有提升,但在大流量工况下均明显下降。[结论]基于相似原理进行模化设计的新型压气机基本达到了母型压气机的总体性能水平,研究成果可为离心压气机的模化设计提供参考。

基于MDO方法的离心式压气机设计系统

针对离心式压气机设计中存在流—热—固耦合的问题,文中进行离心式压气机的多学科设计优化研究,基于多学科可行方法,建立离心式压气机的多学科设计优化系统。利用非均匀有理B样条曲线和五次多项式,分别构建径流式叶片型线和扩压器叶片型线,通过特征造型技术,建立离心式压气机参数化模型。采用线性插值方法和网格重生成方法,完成对温度、气压和变形耦合信息传递。在压气机参数化建模和多学科耦合分析的基础上,以总压比、等熵效率和流量为优化目标,对某离心式压气机进行设计优化,实现其综合性能的改善。所建多学科设计优化系统可以推广到其他多场耦合系统的设计。

蜗壳结构参数对离心式压气机性能的影响

为研究压气机蜗壳结构参数对离心式压气机性能的影响而设计了两款不同面径比的压气机蜗壳，并在增压器性能试验台上进行试验研究。结果表明，与匹配I型蜗壳的压气机相比，匹配Ⅱ型蜗壳的压气机增压比、流量和绝热效率均提高：不同转速下，最大增压比提高1．44％-3．86％，最大流量增加3．85％～10．71％，且高转速下增幅明显；压气机最高效率由72％提高到74％；压气机喘振线更加平滑，无明显拐点，低转速下喘振线向大流量方向偏移量较少，而高转速下与之相反。

一种新型后掠叶片离心式压气机叶轮的造型方法流场计算和机理分析

本文给出了离心式压气机叶轮一种新型后掠叶片(后倾后弯叶片)的造型方法。用计算机绘制这种叶轮的空间图形表明方法是合理可行的。用准正交面法计算这种叶轮的三元流场,横向压力梯度小于前倾后弯叶片叶轮,因此可望配这种叶轮的压气机性能更好些。最后对这种叶轮流场改善的机理作了解释分析。

离心式压气机的叶轮结构与气流特性

分析讨论了离心式压气机叶轮叶片结构形状，对叶轮气道内和压气机壳中气流特性的影响，并提出改进叶片形状结构，使气道向流线型靠近，以提高离心式压气机的性能。

离心式压气机变工况性能模拟计算分析

本文分析了离心式压气机工作过程,分析了压气机工作性能随工况变化的内在原因,分析探讨了各项损失随工况的变化规律并建立了损失模型。在此基础上完成了离心式压气机全工况性能模拟计算分析程序PREC—PCP,它可以完成离心式压气机工作范围内性能的分析计算与特性图的绘制.利用此程序可以对一般增压器的压气机进行性能分析与计算。对于离心式压气机的性能分析与改进和结构的优化设计具有一定辅助作用。

离心式压气机级几何参数的最佳选择

将增压用离心式压气机的设计问题表述为其空气动力学损失极小化（效率最大化）的非线性数学规划问题,计入了多种几何、气动与机械约束条件。所述问题为一个单目标多变量（8个）有约束（24个不等式条件）非线性规划问题。采用外点法罚函数法将有约束问题处理为无约束问题,再用Sargent—Powell方法借助于抛物线拟合一维搜索得最优解。介绍了压气机性能估算模型。给出的算例说明该方法有效而且实用。

叶片厚度及叶片数对离心式压气机效率的影响研究

本文针对压气机叶轮的叶片厚度和叶片数进行数值模拟计算,在分析其内部流场的基础上,探究其对压气机效率的影响。研究结果表明:随着叶片厚度的增加,压气机效率有所降低,但衰减幅度逐渐减小;在恒定转速下,随着流量的增加,叶片厚度减小引起的效率改善量逐渐增加;在恒定流量下,随着转速的升高,叶片厚度减小引起的效率改善量逐渐降低;叶片数增加可以改善流动,但效率变化需要考虑摩擦损失;厚度较大的叶片的效率对于叶片数变化更加敏感。

基于重组信号混沌特性的离心式压气机流场诊断方法

为了快速、准确地对离心式压气机内复杂三维流场的稳定性进行非接触式诊断,提出了一种可以识别和预判离心式压气机内可能出现的旋转失速或喘振等严重非稳定流动结构的新方法。通过从叶轮出口处盖板侧壁压信号映射的递归图中提取出合适的混沌特性量化指标来实现流场诊断,并利用周向相邻测点信号的预先重组进一步改进了该诊断方法。使用已公开发布的离心式压气机失稳状态下的相关试验数据验证了该流场诊断方法的可行性。相比于常规方法,该方法的优势在于可以通过量化指标更早地预判出压气机内流动失稳,并且指标临界值在各转速下保持基本一致,能够更好地应用于叶轮旋转速度波动或瞬变的突发情况。

离心式压气机驱动向心透平系统的性能仿真及设计计算

针对离心式压气机驱动向心透平系统的流道内存在气动损失的问题,本文利用ANSYS-CFX软件对向心透平系统的流道流场进行了数值仿真计算与分析解。通过对仿真结果与实际的压气机叶轮参数对比分析,验证了仿真方法的准确性。叶轮流场气体流动规律分析结果表明高转速叶轮气体跨声速流动时,主要气动损失有因激波产生的损失、二次流损失以及叶顶间隙造成的损失,并且损失随转速增加而增加。

微型燃气轮机的离心式压气机叶片设计及计算分析

离心式压气机作为微型燃气轮机的核心部件,对其整体性能有重要影响。为使微型燃气轮机上所用离心式压气机的叶片形状达到所需压比、效率等性能的目的,利用Concepts NREC软件完成了一台适用于100 k W、60 000 rpm微型燃气轮机的离心压气机的一维方案设计、准三维设计和造型。利用经过校核的全三维CFD软件所设计的离心压气机性能进行了验算,结果表明,该离心压气机内流流动参数分布合理,各项性能完全满足设计指标要求。

离心式压气机工作轮进口通流能力

导出确定离心式压气机工作轮进口截面最大M数的公式。在此M数下工作轮进口喉部截面处流量达最大值。

离心式压气机叶轮叶片设计负荷预估法

本文利用叶轮的“负荷预估法”编制了设计叶轮的计算机程序,为设计叶轮叶片提供了气体动力学依据。设计出的叶轮叶片可望获得满意的速度与压力分布的流场。

配有低稠度扩压器的离心式压气机之优点

离心式压气机上有两大主要部件:转子和扩压器。它们设计得好坏直接影响离心式压气机的效率。这两大部件的功能也不一样。转子的作用是将外部的机械能或电能,通过转子轴和叶轮输送到流体介质中去,流体因而增加了动能和压头;扩压器的作用则是将流体中的动能转换为压力能,进一步提高流体的压头。