修正S-A湍流模型在Rotor37计算中的评估

为评估PMB3D软件中的湍流模型对航空发动机叶轮机的模拟能力,采用二阶Roe格式、LU-SGS时间积分方法和原始一方程S-A湍流模型对NASARotor37压气机进行了计算,基于Van Driest近壁公式对S-A湍流模型进行了修正,并分析了修正对流场的影响。计算结果表明:经过修正的S-A模型计算得到的失速点推迟,对特性线、出口展向平均总压、静压、总温和绝热效率精度低于原始S-A模型,但对切向速度和绝对气流角的计算结果和试验数据吻合更好。该研究工作表明,总体上PMB3D软件中的数值模拟方法对单转子压气机的模拟精度较好,S-A模型的修正方法还需要进一步发展。

叶根倒角对跨音轴流压气机气动性能的影响

为了获得叶根倒角对跨音轴流压气机气动特性影响规律,研究充分考虑了加工工艺及气动影响两方面,用倒角半径及最小角度两个参数确定倒角几何。研究基于Rotor37分析倒角参数对叶片几何的影响,并从整体性能及内部流场细节两方面对转子气动特性变化进行详细分析,获得了倒角参数变化对气动性能的影响规律。研究结果表明,相对于最小角度,倒角半径是影响转子性能的主要因素;倒角的存在不仅使得叶片根部马蹄涡的分布发生改变,且影响了出口通道涡的强度和尺度。此外倒角存在改变了叶根处的压力分布,使得前缘来流附面层有所增厚,导致根部的做功能力及转子性能下降。

基于ANSYS CFX三维轴流压气机转子的失速和喘振模拟仿真

根据NASA关于轴流压气机动叶rotor37的实验数据,利用CAD软件SolidWorks建立rotor37的三维实体模型,然后基于ANSYS CFX软件对所建rotor37三维模型进行流体的失速与喘振模拟仿真,并且将模拟仿真结果与实验数据进行比较验证,验证结果表明所建立的模型流场特性接近实际情况,能够较好地预测压气机失速与喘振的阈值,对于实际情况下压气机的运行具有指导意义。

跨音速轴流压气机转子泄漏特性研究

以跨音速转子Rotor37为例,采用适合于求解轴流压气机内部三维湍流场的时间推进计算程序,对7种不同叶顶间隙下压气机转子叶栅通道内部湍流场进行数值模拟,研究转子气动性能随叶顶间隙的变化规律。结果表明:随着叶顶间隙减小,转子绝热效率和压比提高,稳定运行区域明显增大;叶顶间隙变化对压气机转子70%叶高至叶顶范围内的气动性能影响显著;转子气动性能随间隙变化并非简单的线性关系;综合考虑轴流压气机气动和强度要求,对于所研究的转子,最佳的叶顶间隙为0.178mm。

基于网格变形技术的跨声速压气机叶片伴随优化方法研究

为研究压气机三维叶片对激波和复杂二次流动的影响机理及提升相应的控制技术,耦合伴随优化方法、网格变形技术和数值计算方法,建立了压气机叶片伴随优化设计系统,利用该系统,在98%堵塞流量工况,对Rotor 37转子的叶片进行了优化。叶片优化后,压气机等熵效率提高了0.79%,压比提升了0.48%,质量流量增加了0.71%,出口熵增降低了3.85%。此外,叶片优化可提升全工况下的效率和总压比,特别是在大逆压梯度工况,性能提升更为显著。流动机理研究表明,叶片优化后,前缘往叶背偏移,尾缘往叶盆偏移,调整了气流进口几何角和出气角沿叶高的分布,减少了气流出口参数不均匀所带来的掺混损失,优化叶片在叶片前缘形成一个弓形结构,降低了前缘马赫数峰值,使边界层更好发展;优化叶片调整了叶片最大弯度位置,使气流折转更合理。叶片优化使得叶片中部负荷前移,激波位置延后,减少了激波和边界层之间的干扰,从而改善了激波后的流动。此外,叶片优化也降低了叶片后部的负荷,进一步改善了叶片后部的流动状况。上述结果证明了基于伴随优化方法开展压气机叶片优化的可行性和有效性。