一种用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型

建立了一种可用于全转速范围内多级轴流压气机的损失和落后角计算模型,采用流线曲率法实现对多级轴流压气机特性预估。对已有试验数据的某型两级轴流压气机进行数值模拟,通过计算特性和试验特性对比,验证了该损失和落后角模型在压气机特性预估的有效性。

一种损失和落后角模型在轴流压气机特性预估中的应用

为了得到某型两级轴流压气机的特性曲线,采用在子午平面上叶片排间隙中设置计算站的流线曲率法对其内流场进行了数值模拟,得到子午平面上速度分布;建立了一种设计、非设计损失和落后角模型的组合,将其应用到两级压气机特性计算当中去,得到了不同转速条件下,压气机特性的变化曲线,将其同试验得到的特性线作对比,验证了损失和落后角模型在压气机特性计算当中的有效性。

跨音压气机动叶落后角模型修正方法研究

本文基于S1流面平均流线曲率变化规律,提出了一种用于跨音动叶落后角修正的理论方法。经典亚音叶栅落后角模型与跨音修正方法缺乏激波结构参数的指导,在气流折转与做功能力预测方面误差范围较大。本文以经典的跨音修正思想为基础,将亚音与跨音条件下的落后角差异描述为S1流面波后横向压力梯度驱动下的平均流线曲率变化的结果,建立了设计点附近跨音流动落后角的理论模型以及经验公式。上述方法应用于自主开发的流线曲率法二维通流计算程序中,针对某多级轴流压气机开展第一级跨音动叶(R1)的落后角修正研究,获得了与试验数据及CFD计算结果吻合良好的预测效果。

基于多元非线性回归损失及落后角模型研究

针对传统经验叶栅损失及落后角模型缺少厚度分布修正项的问题,基于多元非线性回归分析方法对叶栅损失及落后角模型进行修正,采用修正模型分析了最大厚度位置系数影响下叶栅攻角损失特性、落后角与攻角特性曲线的变化情况。修正后的模型与CFD计算值拟合效果较好,叶型损失均方差从0.028降低至0.007,落后角均方差从1.898°降低至0.860°。修正后的模型的计算精度、适用范围得到提升。

静叶角度调节对组合压气机性能优化机理

采用流线曲率法求解组合压气机的准三维流场,在叶片排前后缘及中间设置计算站,使用样条函数拟合流线;根据组合压气机结构特点,发展了适合其特性计算的损失、落后角模型及计算程序;将特性计算程序与导、静叶角度优化调节方案相结合,确定出不同设计转速下,导、静叶最佳调节角度组合.在90%设计转速,近最高效率点处,利用全三维的数值模拟手段分析了组合压气机导、静叶最佳角度调节前后流场结构变化.研究结果表明:导、静叶角度调节削弱了压气机叶片排中的激波强度,减少了损失,同时能抑制气流的分离,明显改善组合压气机的流场结构.

基于一维模型的跨声速轴流压气机特性预测研究

为发展一套对于现如今多级跨声速轴流压气机特性预测较为精准、快捷的计算程序,选取了合适的压气机参考攻角模型,建立了适用于双圆弧大弯角叶型的设计点/非设计点落后角模型。采用某套大弯角平面叶栅在多个工况下的实验数据对新建立的落后角模型进行校验,并将攻角、落后角模型嵌入到HARIKA算法中,实现对HARIKA算法原模型的替换,用新建立的HARIKA算法和三维数值计算软件NUMECA对某型两级跨声速轴流压气机在设计/非设计转速下进行特性计算。结果表明:本文建立的落后角模型对于叶栅出口气流落后角预测值与实验值较好地吻合,平均误差为0.42°,预测误差较小。新的HARIKA算法对于压气机特性的预测结果相比于三维数值计算结果更贴近于实验值,其中压比最大预测误差2.54%,效率最大预测误差3.68%,总体预测误差较小,证明本文建立的非设计点落后角模型具有一定的准确性与适用性,改进后的HARIKA算法在多级跨声速轴流压气机特性预测方面具有一定的工程实用性。

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.

来流含水对航空发动机风扇/压气机特性的影响

结合大小水滴模型和由大量试验数据得到的损失和落后角模型,采用两相流理论与数值模拟的手段,在来流含水的状态下计算了某型发动机压缩系统的特性;分别研究了来流含水量、水滴尺寸等对压气机性能的影响。结果表明:进口气流中水的含量以及它存在形式均对压缩系统性能有不可忽视的影响,同时也验证了本文方法有效性和应用价值。

跨声速多级轴流压气机非设计性能预测

基于公开发表的研究成果,发展了一种适用于跨声速轴流压气机的新型损失和落后角模型,并进行了3-D的修正,运用改进的流线曲率法对某两级跨声速轴流压气机进行了数值模拟,得到了设计点和非设计点的特性曲线.通过计算结果与实验值的比较,验证了本模型和方法在设计点和非设计点均具较高的精度,可用于工程计算.

跨声速多级轴流压气机特性预估及分析

为了研究跨声速轴流压气机的性能分析问题,采用流线曲率法结合损失落后角模型,发展了一种利用反问题方程求解正问题的数值方法。在NASA低速平面叶栅试验数据的基础上考虑三维效应的修正,根据激波结构随工况的变化发展了一种新的激波损失计算方法,整理了一套适合跨声速轴流压气机的损失落后角模型。对两级跨声速轴流风扇进行了数值模拟研究,进行了设计工况的校核计算和全工况特性预测,并将计算结果与NASA试验值进行了比较分析。结果显示,设计点计算误差在1.1%以下,非设计点也能得到与试验值吻合的趋势,表明所建立的方法和模型可以有效地对跨声速多级轴流压气机进行全工况特性预测。

跨音速压气机非设计点性能预测

基于二维流线曲率法数学模型,参考公开发表的研究成果,拓展了一种适应于跨声速压气机的损失和落后角模型,并考虑3D和雷诺数的修正,对轴流跨音速压气机转子NASA Rotor37进行了数值计算,得到了设计点与非设计点的特性曲线,并与实验数据进行了对比和分析.结果表明,该方法能较好地预测轴流压气机特性和参数分布,可为压气机的设计和优化提供参考.

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型。运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线,并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性。通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性。

超临界二氧化碳向心透平研究进展

向心透平是超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环系统的核心设备,其性能的优劣对系统整体性能具有直接影响。首先从理论研究角度总结了国内外S-CO_(2)向心透平的损失模型、落后角模型、一维优化设计方法和气动性能的研究情况,然后从实验研究角度总结了美国、韩国、日本、中国等国家S-CO_(2)向心透平设备的相关研究进展。研究结果可为S-CO_(2)向心透平的设计研发提供参考。

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。

轴流涡轮变工况性能模拟

给出了计算涡轮平均 S2流场分布和总性能的计算方法 ,并给出了计算叶片排中非设计点的损失和落后角模型 ,计算中考虑了变比热、冷气掺混的影响。针对单级和两级涡轮进行了计算分析 ,结果表明该方法可为预测已有的涡轮性能及其调试、改进提供分析工具。图 3表 1参

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。

大型动叶可调轴流风机气动性能数值模拟

发展了一种1.5D、非定常的计算流体力学(CFD)模型用于快速准确地预测大型动叶可调轴流风机的气动性能。该模型基于求解1.5D的欧拉方程附加源项,其中源项用于模拟叶片排、摩擦和流道变化对气流的影响,并可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。附面层模型、损失模型和落后角模型用于求解叶片排进出口气动性能参数。根据给定的单级动叶可调风机在设计转速下的实验气动性能曲线,优化模型中的损失系数和落后角系数使得计算结果和实验计算相近。改变动叶可调风机的安装角,本模型预测得到的该风机在安装角变化(+10°,+5°,-5°,-10°)的性能曲线与实验结果误差小于2%,这证明了本模型在经验参数优化后能够较为准确地预测出动叶可调轴流风机的气动性能,具有较强的工程应用价值。

用于跨音速多级轴流压气机气动性能模拟的准一维程序

发展了一种能够较为准确预测跨音速多级轴流压气机气动性能的准一维数学模型。该模型基于欧拉方程外加源项的方法,可对多级轴流压气机的气动性能进行数值模拟。方程中的源项用于表示叶片、壁面摩擦以及流道面积变化对气流的影响,可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。通过对跨音速压气机内部复杂的三维流动现象进行了简化,发展了合适的损失系数和落后角模型用来计算得到叶片排出口参数。对两种不同的多级跨音速压气机进行了数值模拟并与实验结果进行了对比,验证了本模型能够较为准确地模拟出跨音速轴流压气机的气动性能,但计算的精确度还需要根据不同的压气机类型对经验公式的系数进行优化。发展的模型根据压气机简单的几何尺寸就能对其气动性能做出较为准确的预测,这在压气机的预设计以及优化阶段有着重要的指导作用。

对转开式转子气动设计方法

提出一种基于升力线理论的对转开式转子(contra-rotating open rotor,CROR)气动设计方法。以推力为设计目标,基于拉格朗日乘子法构建气动设计控制方程组。考虑高飞行马赫数对流动特征的影响,根据激盘模型,采用一道正激波模拟转子的增压过程。完成速度场预测后,利用压气机三维造型方法完成初始设计。初始设计完成后,对翼型折转角进行修正从而满足目标推力。研究表明,整个设计过程中只需2次计算流体力学(CFD)计算与再设计便可满足目标推力,所需翼型折转角修正量为−0.486°,设计结果的推力与目标推力的相对误差为−0.32%,设计方法高效且具有高的设计精度。

基于正反问题耦合的压气机特性快速预测方法

提出一种基于正反问题耦合的压气机特性快速预测方法,根据压气机一维设计理论,通过对满足流量及压比设计指标的反问题求解快速得出压气机的气动布局方案,在此基础上结合非设计点损失和落后角模型通过正问题求解得出全工况压气机特性,再根据预测特性与目标的偏差调整气动布局方案,以此通过对正反问题的耦合求解实现对压气机特性的合理快速预测。为了提高压气机特性预测精度,发展了基于遗传算法的压气机损失和落后角模型参数优化校准方法,该方法利用优化理论及实验数据对传统的压气机损失和落后角模型进行改进。利用三台压气机的实验结果对模型进行了校准与验证,验证结果表明:设计点效率预测误差为0.23%,非设计点为1.34%,满足发动机需求分析及概念设计阶段对压气机效率的预测精度要求。