Effects of circumferential configuration concerning splitter blade on the aerodynamic performance in a transonic axial fan

For a certain type of transonic axial fan, the flow field of a fan rotor with splitter blade was computed by numerical simulation, and the shape of the rotor was modified. The effects of different circumferential distributions concerning the splitter cascades upon the aerodynamic performance were investigated. The studies show that the optimum splitter cascade is not very close to the suction side of main blade. The load between the main blade and the splitter blade can be soundly distributed in terms of the adjustment of circumferential position of the splitter blade. The best aerodynamic performance can be successfully obtained according to the optimum shape of the expanding fluid channel reasonably formed by the splitter blade and the main blade.

小尺寸无静叶对转风扇/压气机气动设计与变工况性能分析研究

无静叶对转风扇/压气机能有效减小发动机陀螺力矩,在轴向长度方面具有优势。然而,无静叶往往导致下游叶片攻角变化较大,变工况性能难以保证,且这一特点随叶尖切线速度的增大而恶化。本文利用小尺寸涡扇发动机风扇叶片根部周向速度较低的特点,尝试对其进行风扇与压气机无静叶对转方案设计。通过速度三角形分析了无静叶对转风扇/压气机的性能特点,开发了无静叶对转风扇/压气机一维设计程序进行参数方案的筛选优化,设计得到小尺寸无静叶对转风扇/压气机构型方案,设计点效率为85.1%,压比为3.16。结果表明,对转压气机的下排叶片相对进口气流角的变化范围较常规转叶+静叶相对进口气流角范围更小,而对转下排叶片的进口速度却将增大1.5~3倍,因此,需要合理选择对转风扇/压气机的轮毂比及转速比,才能保证对转风扇/压气机变转速工况下的设计点效率及失速裕度。减小对转风扇/压气机转速比有利于提高设计点效率和裕度,但本文受发动机总体指标限制,对转速比选择进行了折中。

平均载荷系数0.5一级的双模式压气机设计研究与验证

为全面提升压气机的研制能力,本文对平均载荷系数0.5一级的带单双外涵两种模式(双模式)核心驱动风扇的四级压气机开展了设计技术研究与验证。针对其平均级载荷系数高、两个模式性能变化大等特点,开展了双模式高负荷压气机设计、低损失大流量范围导叶设计以及低损失大攻角范围可调静子设计等技术研究工作,并在此基础上完成双模式核心驱动风扇与四级压气机的设计,开展0.8~1.0相对转速的三维特性分析,全面研究单双外涵两种模式下各级的匹配情况。试验结果表明:单双外涵两种模式下,压气机流量、压比、效率达到设计指标。单外涵模式1.0相对转速,最高效率0.874,双外涵模式0.924相对转速,最高效率0.87,两种模式下压气机流量调节范围达到31.4%。各级匹配良好,突破了双模式核心驱动风扇与压气机一体化匹配设计和平均载荷系数0.5一级的高负荷压缩部件设计等关键技术,为下一代发动机的核心压缩部件设计奠定了基础。

不同前缘形貌对风扇转子叶片颗粒物的冲蚀磨损

涡轮风扇发动机在实际运行过程中会吸入夹杂在空气中的颗粒物,颗粒物撞击会造成前缘退化成钝头形状,影响内部流场,导致发动机气动性能的下降,基于钝头叶片进行前缘优化能够恢复其气动性能。为了探究气动优化过程对颗粒物冲蚀速率的影响,以CFM56-7B大涵道比涡轮风扇发动机风扇转子叶片为研究对象,采用定常数值模拟方法,利用单向流固耦合计算研究颗粒物冲蚀磨损速率,结果表明:冲蚀区域靠近叶片前缘,随着叶高增加,冲蚀率不断增加。大部分颗粒物会与风扇叶片发生碰撞,碰撞位置集中在风扇叶片压力面处。冲蚀率与颗粒物浓度之间成正比例关系。近喘点工况相较于设计点工况,其冲蚀区域更加靠近叶片前缘。钝头叶片前缘处颗粒物冲蚀速率相较于原始叶片会增大,基于气动性能的前缘优化叶片能够降低冲蚀速率,但此规律并非适用于所有位置。

基于3维数值仿真的变循环压缩系统部件匹配分析

为了研究变循环压缩系统中各部件之间的匹配关系以及在整机调节时的表现,采用3维数值仿真软件对变循环发动机的风扇、核心机驱动风扇级(CDFS)、高压压气机和外涵道开展联合数值仿真,并对比数值计算与试验结果的差异。针对单、双涵工作模式,开展内、外涵出口节流特性计算,分析了内、外涵出口压力调节导致的各部件匹配关系的变化,获得了涵道比的变化范围以及极限调节状态下的各部件表现出的流动特征,确定了制约整个压缩系统喘振裕度的关键部件。结果表明:在双涵模式下,外涵节流导致风扇匹配点明显提高,首先到达喘振边界;在单涵模式下,外涵节流导致风扇和CDFS匹配点同时提高,几乎同时到达喘振边界;在单、双涵模式下,内涵节流均使高压压气机首先到达喘振边界。仿真得到的外涵道损失与试验偏差在4%以内。

压机舱涡流噪声分析与优化研究

针对某828 L型号卧式冷柜压机舱中存在的涡流噪声大的问题,分析了压机舱声源构成、涡流噪声产生机理、流体及声学仿真得到卧式冷柜压机舱涡流噪声的来源,并进一步优化整机噪声。结果表明:(1)卧式冷柜涡流噪声由压机舱内散热轴流风机引起,并通过压机舱内腔进行放大。(2)压机舱内的涡流噪声主要与轴流风机两侧进、出风散热通风孔的相对有效面积大小有关,实验表明,通过增加进风口面积30%,同时减少出风口面积10%,整机噪声降低3.0 dB(A)。

纺企节能改造案例分析

为了改善纺织空调与空压机能耗大、效率低的现状,详述纺企空调风机改造和空压机改造过程,以及空调数字化自动控制系统的功能优势;通过改造前后应用效果对比及经济效益测算,说明风机改造后风量大、耗电少,空压机改造后电耗降低7.6%,气量增加71.5%。指出:纺企通过空调风机改造,应用空调数字化自动控制系统及精益优级空压机,不仅能实现节能、降本、增效,还能改善车间环境、稳定生产生活,但对纺企生产的合理配置提出更高要求;纺企的节能降本增效,离不开技术创新与系统集成的双重驱动。

全三维、多叶排内外涵风扇压气机叶型优化研究

以某风扇/压气机为研究对象,采用全三维叶型优化方法对研究对象在整机条件下进行优化设计.对优化前后风扇/压气机进行全三维数值模拟并对计算结果进行对比分析研究,结果表明:优化后在不改变风扇级总压比的情况下设计点附近效率提高1.05%;在近设计点叶型改进后明显改善了风扇和外涵静子主流道的流场结构,根、尖两个截面流场显示采用新叶型后对内、外涵静子通道内流动均有不同程度的改善.

风扇进气畸变三维非定常数值模拟技术研究

采用三维欧拉方程加体积力模型的方法,发展了一套三维非定常进气畸变数值模拟程序,以实现风扇/压气机在进气畸变条件下的全环面三维非定常数值模拟.利用该程序模拟计算了某航空发动机风扇进口稳态总压畸变条件下特性和流场结构,并与试验结果进行了对比,结果表明该程序用较小的计算机资源即可以实现对风扇全环面三维非定场畸变流场的模拟,能够以较高的精度预估气流畸变对压气机/风扇特性的影响.

叶尖泄漏掺混损失影响因素分析

借鉴Denton不可压叶尖泄漏损失的理论分析,推导出可压缩流动中叶尖泄漏掺混损失基本关系式,其集中反映了尖区叶表压强、叶尖间隙、泄漏流流量系数及总损失系数影响.在仅考虑泄漏掺混损失情况下,数值分析了叶尖基元负荷、间隙、泄漏流量系数整体水平及其弦向分布等因素对叶尖泄漏掺混损失的影响.结果展示了各因素对叶尖泄漏掺混损失的作用及机理.最后提出一个重要的组合参数,反映了叶片尖部载荷和叶尖间隙的流向分布对叶尖泄漏掺混损失的综合影响.

风扇/压气机气动设计技术发展趋势——用于大型客机的大涵道比涡扇发动机

分析了大型客机使用的当代先进大涵道比涡扇发动机及其下一代的风扇/压气机气动设计技术的现状和发展趋势,探讨了我国研制高性能大涵道比涡扇发动机在风扇/压气机方面所面临的严峻挑战,以及为了满足我国研制大涵道比涡扇发动机的需求,需要在风扇/压气机气动研究方面尽快展开的一些关键研究.

多级轴流风扇/压气机非设计点性能计算方法

为更好反映现代轴流风扇内部流动特征,将适合于高马赫数来流的双激波模型引入基元叶栅法,发展了一种多级轴流风扇、压气机非设计点性能计算方法。该方法通过引入雷诺数修正,考虑了雷诺数对风扇/压气机性能的影响,并使最大静压升系数法可在宽广雷诺数变化范围内预测风扇/压气机稳定边界。该方法灵活、可靠,并经过高压压气机、跨声速风扇及大涵道比风扇/增压级等典型的压气机试验结果验证,既可用于多级轴流风扇/压气机非设计点性能计算,又可发展成为高空低雷诺数条件下高性能风扇/压气机设计和研究的重要工具,有着广泛的工程应用前景。

大涵道比涡扇发动机风扇/压气机气动设计技术分析

对用于大型客机的大涵道比涡扇发动机的风扇/压气机气动设计技术现状及其发展趋势进行了概述,分析了其技术难点,旨在说明中国发展高性能大涵道比涡扇发动机在风扇和压气机方面将面临的一些挑战,并分析亟待突破的一些关键技术。

跨声风扇转子的BVF气动优化方法

将加功量作为目标函数并结合边界涡量流BVF(Boundary Vorticity Flux)这个诊断因子,对某高性能跨声风扇转子进行了优化.通过基于局部动力学的BVF诊断可以捕捉到流场分离流动在叶片表面上的物理根源,可以清晰的显示出激波结构.尽管优化后加功量增大,但因为BVF分布改善,激波结构和分离流动被良好地控制.三维粘性N-S(Navier-Stokes)程序计算结果表明,风扇转子在近峰值效率工况下压比提高了7.69%,效率提高了1.92%,在全工况范围转子性能都得到了较大提升.基于BVF诊断的优化手段在风扇/压气机的优化中可起到很大的作用.

低雷诺数条件对涡扇发动机风扇/压气机性能和稳定性影响的试验研究

采用进口节流的方法对 1台 3级风扇模拟低雷诺数条件 ,测取了性能数据 ,并与Wassell的雷诺数对压气机试验性能影响的修正方法进行了比较 ,指出其对流量和喘点压比计算的修正量偏大 。

叶轮机计算流体动力学技术现状与发展趋势

通过对 863高负荷风扇、2 0 0MW汽轮机组改进、组合压气机改进和轴流大小叶片压气机的研制 ,说明了全三维定常CFD技术在我国叶轮机研究中的作用 ,并指出了当前的主要问题 ;通过对风扇 -吊架干扰 ,单级压气机和处理机匣的研究 ,说明了非定常CFD技术对叶轮机气动力学研究的作用和价值。结合上述全三维定常和非定常CFD应用的实例 ,论述了我国叶轮机CFD技术面临的挑战 ,及其发展趋势。

最大负荷设计之：角区分离预测与控制

角区分离对叶轮机性能有重要影响。本文根据角区流动特征推导出描述角区三维附面层的等效二维附面层模型,并结合二维附面层分离准则,建立了角区分离判定准则。理论分析表明：为抑制角区分离,应尽量增大叶表吸力面与端壁相交二面角；为抑制角区分离,应使二面角α沿流向逐渐增大,或使二面角α沿流向逐渐减小过程尽量平缓,尤其在二面角α较小区域更应如此．鉴于此,建议风扇/压气机设计中应严格监控角区二面角大小及二面角流向变化梯度,以实现对角区分离的良好控制．结论也适用于其它叶轮机。

高空低雷诺数二维抗分离叶型研究

在高空、低速、低雷诺数下,进行具有较强抗分离能力的新叶型研究,探索叶型设计的新概念和新方法,并发展相应的低雷诺数压气机叶片二维设计技术是十分关键的。文中进行了低雷诺数条件下二维压气机叶栅流场计算与对比,在探索高空、低速、低雷诺数对压气机叶型性能影响的基础上,以发展适应低雷诺数流动,具有较强抗分离能力的新叶型为最终目标,进行叶型设计新理论和新方法的探索,为最终突破低雷诺数下叶型设计的关键技术提供了可行的途径,并为三维叶片优化造型打下了基础。

轴流压气机设计中“掠"的另类认识

本文回顾了“掠”的历史发展,对“掠”机理进行探讨,给出了关于轴流压气机设计中“掠”问题的另类认识: “掠”仅是叶片设计的一个自由度,其通过叶片基元负荷全工况范围内的展向匹配影响轴流压气机失速裕度;通过激波、附面层、叶尖泄漏流、二次流等因素对效率产生影响,这是个折衷过程。

风扇/压气机转子、静子干涉噪声的预测方法

本文采用管道声学模型计算了由转子尾迹与静子相互作用产生的干涉声音的大小。分析了转子、静子相对距离的变化对声音大小的影响,并与试验结果进行了对比。