进口畸变下新型处理机匣改善压气机性能的机理研究

为了揭示进口畸变下,处理机匣改善压气机性能的机理,采用全通道非定常计算方法研究了进口畸变时新型处理机匣-自适应流通处理机匣对亚声速轴流压气机性能及流场的影响,数值模拟中进口总压畸变通过在进口径向段布置栏杆实现。数值结果表明,进口畸变后采用自适应流通处理机匣能够提高转子的性能,其中效率的增加效果比总压比的明显,并获得近6.8%的综合失速裕度改进量。通过详细地分析压气机内部流场表明,处理机匣后使部分叶顶通道吸力面附面层分离起始位置向后缘移动,最大后移距离约为11%叶顶弦长,削弱了叶顶通道由气流分离造成的不良影响,并抑制叶顶间隙泄漏流从相邻叶片叶顶前缘的溢出,当喷气装置对准叶片通道时,其抑制前缘溢流的效果才是最佳的。

V形前缘对激波入射边界层流动影响的数值模拟与分析

为指导V形溢流唇口下游的进气道内部流动分析,采用数值模拟开展V形尖前缘对二维斜激波入射平板边界层流动的影响研究。以气流偏转角6°的二元楔面为基准激波发生器,设计了展向气流收缩角α(0°~60°,0°对应二元构型)的V形前缘构型,开展对比研究。结果表明,V形前缘构型使得激波入射位置沿展向不均匀、流动具有明显三维特征,并且干扰区壁面压强上升、分离区尺度明显增大。在α=0°~60°范围内,干扰区流动的不均匀程度、分离区尺度随α增大单调增加。进一步分析表明,V形前缘构型干扰具有中间平直、侧边斜掠的耦合入射特性,体现为对称面壁面压强符合自由干扰理论,侧边斜掠入射区参数符合斜掠干扰的锥形流特征。对比二元与α=45°构型的无粘模拟结果,V形前缘会诱导展向两侧对称的斜掠激波、并在对称面相互干扰产生平直的"桥"激波,这使得激波入射位置沿展向不均匀并偏向下游。其中对称面处平直入射激波压升比(2.49)高于二元构型结果(2.24),侧边斜掠激波强度与二元构型基本一致。这些因素综合导致V形前缘构型的分离尺度增大。

高马赫数V字形钝化前缘平板表面压力特性

针对三维内转式进气道V字形唇口下游面临的严酷压力载荷问题,将唇口简化为V字形钝化前缘平板,在来流马赫数为6的条件下,采用数值模拟结合激波风洞压敏涂料测量方法,研究了V字形根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比(R/r=0~20)的平板表面压力演化特性。结果表明,随着R/r增大,V字形钝化前缘产生的三维波系结构发生变化,引起下游平板表面压力演变出4种类型。R/r较小时,V字形钝化前缘激波干扰产生的大范围流动分离,诱导形成了偏离中心线较远的分叉状高压区(TypeⅠ,分叉型);随着R/r增大,流动分离减弱,分叉状高压区逐渐消失,由透射激波扫掠壁面所形成的条带状高压和超声速射流对撞所形成的中心线高压区逐渐显露,依次出现过渡型(TypeⅡ)、严酷型(TypeⅢ)和渐匀型(TypeⅣ)压力分布。平板上分叉型和过渡型的压力最大值仅为4.3~7.2p∞(p∞为来流静压),但V字形钝化前缘处的流场品质恶劣;严酷型的压力最大值随着射流对撞强度的增强而增大,最高可达19p∞;渐匀型的压力最大值随着射流对撞强度的减弱,逐渐趋近于二维钝前缘平板产生的压力最大值4p∞。

叶片前缘对吸力面边界层3维流动影响分析

为了分析叶片前缘形状对吸力面边界层3维流动过程的影响,对1组具有不同前缘形状的叶栅进行试验与数值模拟。以2维结论为基础,利用数值计算建立了前缘对吸力面边界层的2维影响与3维影响之间的联系。结果表明:对于1个竖直叶栅,端壁附近的展向截面吸力面边界层早期的发展过程主要保持2维特性,且这一特性能对边界层的3维流动产生直接影响。展向截面边界层形状因子与边界层展向流动趋势直接相关,在分离泡区域内,形状因子较大,使得边界层展向流动的趋势急剧增加,低能流体沿展向大幅发展。通过试验考察不同前缘叶型的竖直叶栅出口总压损失和出口气流角的展向分布发现,在2维计算中优秀的前缘造型或特定的前缘形状均能改善吸力面边界层的3维流动,有效减小整体的总压损失。

水电厂厂房振动原因分析

某水电机组从投产以来一直存在部分水头下大负荷工况厂房剧烈振动问题。本文通过提取特定频率分量方法,查明了流道内水压脉动25~35 Hz频率分量是引起厂房高负荷剧烈振动的激振源,并依据试验数据及相关理论,计算分析了流道内25~35 Hz水压脉动频率分量的来源,为厂房振动优化处理提供了依据。

叶片前缘微小圆柱诱导涡对低压轴流风机气动性能的影响分析

为了改善轴流风机的性能,提出了一种在轴流风机叶片前缘设置微小圆柱的流动控制方法,并使用CFD软件对采用此流动控制方法的轴流风机进行了数值计算。结果表明:叶片前缘前设置微小圆柱可在一定的工况范围内提高轴流风机的性能;通过对比叶片前缘有、无设置微小圆柱的轴流风机流场和叶片表面的边界涡通量分布发现,由于叶片前缘微小圆柱诱导涡的产生和发展改善了轴流风机内部流场,使得其性能得以提高。