Influence of Hub Contouring on the Performance of a Transonic Axial Compressor Stage with Low Hub-Tip Ratio

The rotor blade height with low hub-tip ratio is relatively longer,and the aerodynamic parameters change drastically from hub to tip.Especially the organization of flow field at hub becomes more difficult.This paper takes a transonic 1.5-stage axial compressor with low hub-tip ratio as the research object.The influence of four types of rotor hub contouring on the performance of transonic rotor and stage is explored through numerical simulation.The three-dimensional numerical simulation results show that different hub contourings have obvious influence on the flow field of transonic compressor rotor and stage,thus affecting the compressor performance.The detailed comparison is conducted at the rotor peak efficiency point for each hub contouring.Compared with the linear hub contouring,the concave hub contouring can improve the flow capacity,improve the rotor working capacity,and increase the flow rate.The flow field near blade root and efficiency of transonic rotor is improved.The convex hub contouring will reduce the mass flow rate,pressure ratio and efficiency of the transonic rotor.Full consideration should be given to the influence of stator flow field by hub contouring.

基于LES的螺旋桨精细流场特性分析与研究

为了研究大侧斜螺旋桨的精细流场,采用有限体积法结合大涡模拟(LES)模型,对E1619螺旋桨的速度场、压力场、涡量场和湍动能场进行不同程度的分析。模拟结果表明:大涡模拟很好地捕捉了尾流涡结构,梢涡互感合并的本质是相邻的下游梢涡将上游梢涡推向尾流轴向速度较高的内半径区域,梢涡与相邻上游梢涡的随边涡符号相同,导致他们相互吸引;近场轮毂涡比梢涡强度更高是因为轮毂涡包含了叶根涡,且其衰减速度更快;外半径湍动能极大值在梢涡处,且梢涡的不稳定现象极大地影响了外半径湍动能的变化,内半径湍动能先减小后增大,其增大原因是梢涡失稳导致轮毂涡振荡产生湍流。

轮毂比对对旋轴流通风机性能影响的数值研究

为了研究采用等环量设计方法设计对旋轴流通风机时轮毂比的选择准则,以不同的轮毂比设计了5种对旋轴流通风机,并对这5种风机进行了数值研究。通过对5种对旋轴流通风机的叶片弦长及安装角、总体性能参数及速度矢量场等的分析,获得了轮毂比在对旋轴流通风机设计时的选择原则。

对旋风机轮毂比对其气动性能影响的研究

运用FLUENT软件对动力外置式对旋风机进行数值模拟,分析其内部流场变化情况,并对该类型对旋风机在不同轮毂比下的流场进行了模拟和分析,通过对比分析得出轮毂比对动力外置式对旋风机的压力、流量、效率等气动性能参数的影响,为对旋风机的优化设计提供相关参考。

叶片难抛光区域粗糙度对压气机性能的影响

研究压气机转子中叶片叶顶、叶根倒圆、下端壁这类难以自动抛光区域的表面粗糙度对转子气动性能的影响规律,旨在为叶片抛光加工表面粗糙度目标的制定提供指导.基于计算流体动力学(CFD)对跨音速转子rotor37进行气动计算,分析了98%阻塞流量工况不同转速下各部位表面粗糙度对转子的损失系数和出口总压的影响规律.结果表明,在设计转速下,叶片各部位的表面粗糙度增加均使转子损失增加,叶顶的表面粗糙度使出口总压升高,而叶根倒圆和下端壁表面粗糙度使出口总压降低;表面粗糙度15μm是一个转折点,大于15μm时表面粗糙度对气动性能的影响程度开始变大;下端壁表面粗糙度对性能的影响最大,在60%设计转速下,下端壁表面粗糙度使损失降低,但是在80%和100%设计转速下,则使损失增加.

某低速压气机静叶根部间隙内流动结构分析

采用数值模拟方法对某低速压气机静叶根部间隙内的流动结构进行了研究。结果表明,设计工况下,间隙内入口段生成一个中心点结构并快速消散。自35%轴向弦长位置开始,间隙内逐渐生成一系列涡系结构,并在90%轴向弦长位置开始迅速破裂,至95%处全部消散。

高轮毂比离心压气机改型设计及分析

以某高轮毂比离心压气机为研究对象,在给定的轴向尺寸限定下,进行离心压气机改型设计,提出了离心叶轮和径向扩压器子午流道倾斜的设计方法以提高离心压气机性能,并借助数值模拟手段,揭示了该设计方法提高高轮毂比离心压气机性能的机理,可为高轮毂比离心压气机改型气动设计提供借鉴。

轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响

为了研究轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响,针对比转数为743的叶轮,采用4种不同的轮毂比进行优化设计,得到4副不同轮毂比的叶轮.轴流式叶轮的优化设计应用多学科优化软件i SIGHT,采用梯度优化算法的序列二次规划法SQP,改变各翼型断面的叶栅稠密度和翼型安放角的大小,保证设计流量和设计扬程不变,实现效率最优.优化过程中应用数值模拟软件CFX,采用基于雷诺平均的N-S方程和标准k-ε模型,预测叶轮的扬程、效率和必需汽蚀余量值.通过数值模拟计算得到不同轮毂比叶轮的性能曲线.分析了同一比转数下,不同轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响.结果表明:轮毂比越大,叶轮效率越高,汽蚀性能越差,但是轮毂比对汽蚀性能的影响比较显著,必需汽蚀余量最大差别达0.9 m,对效率的影响较小,最高效率差别只有0.3%左右;轮毂比越大,扬程性能曲线斜率越大,最大扬程越高,马鞍区扬程范围越大,同时随着轮毂比增大,高效区范围较窄,并往小流量侧分布.

轮毂比改变的轴流泵装置数值模拟研究

大型泵站工程改造时,不更新土建结构,只更新水力机械设备,而现有优秀水力模型轮毂比不能保证一致时,需进行不同轮毂比对轴流泵装置性能的影响研究。基于数值模拟手段研究不同轮毂比的两副水力模型对轴流泵装置水力性能的影响,得到2种方案泵装置的水力性能,分析了不同轮毂比的轴流泵装置内特性和外特性差别。研究结果表明:对单泵而言,轮毂比较大的轴流泵水力模型效率更高,汽蚀性能较差;对于泵装置性能而言,两者设计工况效率差别不大,总体性能相近。轮毂比增大后,高效区向小流量偏移。并得出当大型泵站更新改造时,轮毂比成为不可更改的因素时,改型设计是可行的。

CZ-80高效轴流风机的设计和优化

近年来,市场上对高效节能风机的需求越来越大。本文对CZ-80船用风机进行了全面的设计和优化,重点对叶片、轮毂、导流器等关键部件分别进行了设计优化:基于变环量设计方法,采用NACA C4翼型作为基础翼型,针对叶轮轴向尺寸问题和叶片角度调整时叶根间隙问题,设计了球形凹陷轮毂;导流器采用后掠等弧变弦长导叶和锥形导流筒。设计了一款高效风机,采用C型和D型测试装置,分别测试了导流锥、叶尖间隙对风机效率的影响,并测得该优化风机的最高效率达85.6%。

S型收缩流道对涡轮通流能力影响的研究

为进一步提高航空发动机涡轮通流能力,以小型跨声速涡轮为原型,研究了静子S型收缩流道对涡轮通流能力的影响。将S型流道直线段长度和收缩段内外圆半径比作为流道造型参数,分别针对原型涡轮静子内外端壁进行调整造型,得到一系列不同参数组合的S型内外端壁涡轮算例。保持膨胀比为设计值不变,利用CFD软件对原型和S型流道涡轮进行设计点模拟分析。结果表明,S型流道涡轮流量提升的原理在于增大的静子喉道面积。在相同造型参数下,S型外端壁涡轮的静子叶根损失被有效降低,流量提升明显,且流量高于S型内端壁涡轮1%左右,但由于最大外径增大使其质量通量提升效果减弱;与之相反,S型内端壁涡轮的质量通量提升明显,且高于S型外端壁涡轮3%左右。从提升涡轮质量通量并保证效率不低于原型的角度看,S型外端壁造型参数选取范围更广。

基于热态叶型的小轮毂比弯掠叶片结构保形设计与优化

发展了一种保持且基于气动设计给定的热态叶型的冷态叶型迭代解算方法,并将其融入叶片罩量调节的优化设计,其中在热态叶型的基础上调节罩量,针对冷态叶型计算变形与应力等,变形后的叶片逼近热态叶型,尽可能减小了对热态叶型气动特性的影响.实现了冷态叶型迭代求解与罩量调节中结构有限元网格的自动更新,并基于iSIGHT优化平台,建立了叶片罩量调节多目标优化设计的自动化分析流程,并以一小轮毂比弯掠风扇叶片罩量调节为例,考查了罩量调节中考虑轮盘与否对优化设计结果的影响.计算分析实例表明:所发展的方法可在保持热态叶型的前提下使叶片最大应力和最大变形分别下降了10.6%和46%.

高负荷风扇气动设计与数值验证

在叶尖切线速度U=480 m/s的条件下,对级压比为2.4、负荷系数为0.42的风扇进口级进行了初步的气动设计,并进行了数值验证.分析了转子尖部和静子根部的设计难点,重点考察了进口预旋分布、设计压比分布、转子叶尖激波前马赫数、静子根部进口马赫数以及静子出口气流角等参数,以及静子附面层抽气对性能的影响及其内部机制.结果表明:采用常规设计的转子能够达到0.42的负荷系数;在该负荷条件下,静子根部会出现进口超声的情况,并在根部通道中产生强烈的正激波;如果静子根部存在贯穿通道的正激波,即D因子较小,仍会发生严重的分离失速.

基于轮毂比的潜水轴流泵优化设计研究

针对潜水轴流泵进行水力性能优化设计,在满足设计要求的基础上,实现其叶轮水力效率的提高。以比转速ns=1000的轴流泵为研究对象,借助STAR CCM+商用仿真平台,以N-S方程为基本控制方程,湍流模型为标准k-ε双方程,分别对5种轮毂比的潜水轴流泵模型在3个流量工况下进行数值模拟计算,确定该轴流泵的最佳轮毂比,并对优化前后模型进行水力性能对比分析。结果表明:由原始轮毂比0.40缩小至最优轮毂比0.38后,流道过流面积增大,轴流泵叶轮的水力性能得到明显提升,满足设计工况要求,叶轮扬程从4.18 m提高到4.27 m,水力效率从90.44%提高到91.46%,同时高效区明显扩大。从内部流动特性分析得出,优化后叶轮内部流线分布均匀,无脱流、旋涡等不良流态现象,流体损失较小。