叶轮机内部转/静干涉作用的数值模拟

本文对叶轮机械内部转/静干涉问题的非定常数值模拟进行了研究。采用双重时间步方法和Domain-Scaling方法求解二维N-S方程组,数值模拟了某涡轮叶栅内部的非定常流场。通过计算展示了在转/静干涉作用下的叶型尾迹,转子尾迹的传输和尾迹的切割等非定常现象。

转/静干涉对涡轮动叶气膜冷却的影响

通过非定常数值计算方法,对某典型跨声速涡轮进行转/静干涉机理的量化研究,分析转/静干涉对动叶前缘气膜孔出流及临界逆流裕度的影响。结果表明:导叶尾缘激波对动叶前缘吸力面影响最大,压力波动可达32%;尾迹覆盖会造成动叶表面压力降低约14%;动叶进口气流角存在13°的变化幅值,导致前缘滞止点摆动范围内的气膜孔出流方向发生改变;动叶前缘气膜孔临界逆流裕度主要受气膜孔出口压力波动的影响,临界逆流裕度与气膜孔出口相对峰值压力比值稳定在0.98左右。

轴流压气机尾流撞击效应机理的数值模拟

通过精确给定转子进口边界条件,以模拟上游静子尾迹对转子流场的影响,这样利用单排的计算结果模拟转/静干涉引起的非定常流动对流场气动参数的影响,因为相邻叶片排的叶片数不同,从而避免传统方法中常用的叶片数约化存在的难以正确模拟非定常激励频率的问题,对计算时间和计算能力的要求也可减少.针对一个低速转子的数值模拟结果显示,如果能合理地组织来流尾迹的扫过频率和尾迹亏损的幅度,对转子气动性能的改善是很显著的,从而为风扇/压气机中控制和利用非定常流动提供了一个可行的方向.

跨声速工况下流体诱发叶片振动研究

对同一跨声速风扇的非定常流场进行了跨声与亚声两种工况下的数值模拟.对两个工况下流场计算得到的转子叶片表面非定常气动激振力进行频谱分析,并对其进行对比分析,从而得到跨声工况下气动激振力特性.应用ANSYS软件的瞬态分析方法进行了叶片的强迫响应分析,对跨声和亚声两种工况下的叶片强迫响应进行对比分析,从而得到跨声工况下叶片强迫响应特性.

单级轴流压气机纯音噪声实验与数值分析

为了探索转/静干涉纯音噪声与静子前缘上洗速度之间的对应关系,使用已发展的风扇纯音噪声混合预测方法对一台单级、低速压气机实验台(TA36)节流过程中的转/静干涉纯音噪声进行了预测,并与实验结果进行了对比验证。为了准确获取作为转/静干涉纯音噪声声源的静子叶片表面非定常压力脉动,首先比较了不同计算网格与时间步长设置对叶片表面非定常压力脉动计算的影响。随后,比较了静子叶片来流上洗速度和纯音噪声随质量流量的变化规律。研究表明:设计转速下,静子前缘70%、80%以及90%叶高的3阶叶片通过频率处的上洗速度幅值随质量流量的变化规律与混合预测方法估计的进气管道壁面声压级的变化趋势一致,并且与实验测量值的变化规律也保持了良好的一致性。此外,管道外远场声压级指向性的结果也表明:该实验台远场声辐射具有明显的指向性,并且不会随着节流过程产生明显的变化。

风扇出口导向叶片低噪声设计Ⅰ：方法与优化

作为“风扇出口导向叶片(Outlet Guide Vanes,OGV)低噪声设计”系列文章的第1篇,本文在现有压气机气动设计流程的基础上,加入了噪声评估过程,建立了基于通流设计的气动/声学一体化设计方法。为提高设计阶段的评估速度,以三维升力面理论与管道声学理论为基础,从通流设计和造型设计输出中提取参数,结合转子尾迹模型,建立了转/静干涉噪声的解析预测模型。以现代大涵道比涡扇发动机风扇/增压级为对象,采用该模型系统分析了OGV轴向掠形与周向倾斜对转/静干涉噪声的影响,获取了轴向掠形角与周向倾斜角等三维设计参数与风扇噪声的关系图谱,初步确定了低噪声设计较优降噪量的掠和倾组合方案。以此为基础,在保持叶尖子午投影位置和弦长不变的前提下,将叶片前缘和径向积叠进行参数化,采用遗传算法进一步开展了OGV的低噪声优化设计,最终获得了2个优化方案,预估的降噪量达到了8dB。

风扇出口导向叶片低噪声设计Ⅱ：数值验证

作为风扇出口导向叶片(Outlet Guide Vanes,OGV)低噪声设计系列文章的第2篇,本文对气动/声学一体化设计获得的2个OGV低噪声方案的降噪效果进行了数值验证。为了对低噪声优化方案的降噪效果进行详细评估,首先,采用非线性谐波法对优化前后的风扇/增压级开展了数值仿真,对OGV不同截面和叶片表面脉动压力进行了对比分析,发现低噪声优化设计方案有效降低了转/静干涉引起的脉动压力;然后,通过掠形和倾斜的合理组合,改变了叶片表面的相位分布,沿径向的相位变化增加了OGV对尾迹响应相互抵消的机会,从而有利于噪声的降低;最后,采用Wilson的波分解方法开展了对各方案的模态分析,对降噪效果进行了量化评估。结果显示,优化后的低噪声方案除起飞状态1BPF外,降噪量均超过了5dB。