双级跨音风扇轴向缝处理机匣结构优化的数值研究

文章以1台高负荷、高转速的双级跨音轴流风扇为对象,基于对原型风扇失稳机理及原始处理机匣扩稳机理的认识,设计了3种新的处理机匣,在其上进行轴向缝处理机匣结构优化的数值研究。数值计算结果表明,跨音工况下新设计的3种处理机匣对风扇的裕度均没有改进,这与原始处理机匣的实验和计算结果是一致的,而新设计的机匣结构2和结构3在亚音工况下均比原始处理机匣获得更大的裕度改进量。通过对亚音工况下风扇内部流场进行了详细分析,探索了新设计的第2、第3种处理机匣结构获得更大扩稳能力的流动机理。流场分析表明,机匣结构2处理面积的增加提高了轴向缝抽吸或吹除叶顶低能气团的能力,使叶顶通道的流通能力提高。较之于结构2,前置的处理机匣结构3更好地利用了叶顶通道的压差,因而其扩稳能力进一步提高并获得了一定程度的性能改进。

一个跨音风扇级转/静干扰流动的时间精确模拟

本文采用双时间步法，较为方便地将孤立叶排定常流场求解拓广为转／静干扰非定常流场时间精确求解，而且该流场时间精确求解方法收敛速度较作者最初工作有较大提高．文章通过对一跨音风扇级非定常流场时间精确模拟，对叶轮机非定常流动建立了一定理解．

跨音风扇转子弯掠结合的数值优化设计

为了研究弯掠结合对风扇气动性能的影响,采用基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于遗传算法的数值优化程序,对跨音风扇转子NASA Rotor67进行了优化设计。首先对所开发的三维N-S方程求解程序进行了实验验证,完善了遗传算法和响应面方法相结合的具有全局寻优能力的优化程序,以总压比最大为设计目标,应用该优化方法对NASA Rotor67进行弯掠两个自由度的气动优化设计。结果表明,弯掠联合的采用可以有效地改善流场内的流动状况,在质量流量和绝热效率严格满足约束条件的情况下,总压比提高了1个百分点;该优化方法是可行的。

附面层抽吸对高负荷跨音风扇转子性能的影响

针对高负荷跨音速压气机存在强激波及严重的激波与附面层干扰,以某高负荷跨音风扇转子为研究对象,采用数值方法研究了吸力面不同抽吸位置对风扇转子性能的影响。结果表明:高负荷跨音风扇转子存在激波和逆压梯度引起的附面层分离,合理的抽吸位置既能有效的削弱激波与附面层干扰,又能控制尾缘分离,使通道激波后移,扩大流道高马赫数范围;通道内三维激波范围的扩大会带来转子稳定裕度的负面影响。

减振阻尼台对风扇性能影响的数值仿真

研究某双级跨音风扇的减振阻尼台结构进行简化问题,为提高风扇稳定裕度和减少流动损失,对风扇进行数值仿真以及机匣处理的过程中,证明阻尼台结构对风扇的影响是不可忽略。通过对比分析带阻尼台和不带阻尼台风扇相同转速下的性能曲线,阻尼台的引入不仅使风扇的压比和效率有所下降,而且对稳定边界也有所影响。对两种模型下风扇的内部流场进行了对比分析,仿真结果表明,由于阻尼台的引入,使得流场中的微观流动结构发生了变化,已提高了风扇的稳定性。因此,为随后进行的对风扇流动稳定性分析以及机匣处理设计,提供了可靠的依据。

从叶轮机械流场到对应的数学模型

建立或描述叶轮机械流场模型研究的基础上,对叶轮机械复杂流动反问题、压气机气动稳定性与跨音风扇后掠空气动力学激波结构模型等三个方面作了进一步的探讨。