Numerical Analysis and PIV Measurements of Tip Vortex in an Axial Rotor with Skewed-Swept Blade at Its Leading Edge

Based on the characteristics of axial fans of outdoor units of centralized air-conditioners, using the finite-volume method, applying three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations coupled with Spalart-Allmaras turbulence model equation, and adopting SIMPLE algorithm, numerical analysis is made and applied to analyze the internal flow field of axial rotors with skewed-swept blade at its leading edge. This numerical simulation mainly investigates the formation and development of the tip vortex. Based on the tip vortex characteristics that have been captured, the internal flow numerical results are compared with those obtained by the PIV experiments. This comparison indicates a good agreement between numerical results and PIV results, thus proving the validity of the numerical simulation. In addition, based on the internal flow analyses of the axial rotor with skewed-swept blade at its leading edge, different flow phenomena features are presented. These flow features can be used for further improvements of the present rotor performance characteristics.

自然环境叶片覆冰程度对风力机功率损失的影响

针对寒冷地区叶片覆冰降低机组发电量的问题,以典型2kW及300kW风力发电机为研究对象,在自然覆冰试验站展开试验研究,研究分析叶片覆冰程度对风力机功率损失的影响规律和机制。结果表明：在自然环境下,叶尖前缘雾凇覆冰厚度随覆冰时间增加呈近似线性增长,而雨凇覆冰增长逐渐变缓;在一定风速下,覆冰造成的功率损失与叶尖前缘覆冰厚度之间存在显著的线性关系,相比于雾凇,雨凇破坏作用更大;随着风速的增加,覆冰后的风力机功率损失更大;随着叶尖前缘覆冰厚度的增加,风力机转速和最大风能利用系数逐渐降低,叶片实际运行最佳叶尖速比变小。该文研究结果为风力机覆冰条件下的性能分析和机组控制提供数据积累和借鉴意义。

基于测量数据的叶片截面特征参数提取

为了满足航空发动机叶片尺寸检测的需要,研究了基于测量数据的叶片截面分析技术,给出了弦线,前后缘半径、最大厚度、中弧线的提取方法,实验结果表明此提取方法误差小于0．05mm,可以满足叶片检测的要求。

一种叶片前后缘削边形状计算方法

目前主要采用依据标准图样目视判断的方法分析加工后的叶片前后缘形状,存在测量效率低、重复性差、评价结果不一致等问题。本文提出基于厚度偏差趋势判断前后缘形状的方法,利用叶片截面中弧线分割叶片边缘厚度,根据评价区域最大厚度偏差、最大厚度偏差比和厚度偏差变化率系数,自动分析叶片前后缘削边形状。该方法具有快速、准确的特性,为发动机叶片加工质量的评价提供了重要保障。

叶尖掉块对跨声速压气机气动性能影响

为了支撑服役环境下压气机气动性能的评定,通过数值仿真研究了叶尖掉块对跨声速压气机转子气动性能的影响规律和机制。首先利用实验结果对数值仿真方法进行校验,验证了方法的可靠性,进一步对不同形式叶尖掉块下压气机气动性能进行了仿真分析。研究结果表明转子叶尖掉块会使得压气机正常工作状态下压比和效率略有降低,导致压气机近失速点流量明显增大,单一叶尖掉块对应压气机流量稳定裕度下降41.7%;在大流量工况下压气机气动性能与掉块叶片的相对位置并无直接关联,但在近失速点,掉块叶片不相邻时会使得对压气机压比和效率下降更多,但近失速点流量对掉块叶片相对位置的变化并不敏感;转子叶尖掉块会增强叶尖区域泄漏流动,强的泄漏流动与叶片通道激波发生相互作用会引起泄漏涡的破碎,引起较大的流动堵塞和损失,导致压气机气动性能衰减;掉块叶片产生的流动堵塞和吸力面气流的膨胀加速会影响到吸力面侧的掉块叶片,进而限制泄漏流的发展,使得流动堵塞和损失维持在较低水平,但这种影响会随着掉块叶片距离的增大而减弱。

离心叶轮叶顶间隙泄漏涡结构分析

本文以压比为4.7的Krain叶轮为研究对象,采用CFD技术研究了不同工况下叶顶间隙泄漏流的特征,以及叶顶间隙大小和叶轮进口径向畸变对泄漏流的影响。结果表明随着质量流量减小,泄漏流引起的损失增加,泄漏涡涡核轨迹和泄漏流-主流交界面向叶片前缘移动,在失速工况下溢出叶片前缘。叶顶间隙越大,泄漏流引起的损失越大,泄漏涡涡核轨迹与叶片之间的夹角越小。增加叶顶区域流体动量,可推迟泄漏流溢出叶片前缘,反之则促进泄漏流溢出叶片前缘。

基于泄漏流控制的轴流压气机叶顶前缘端削设计

为控制叶顶泄漏流和提升压气机的稳定裕度,提出一种对叶顶前缘进行端削处理的方法,通过从前缘叶顶间隙引入高能流体,利用该流体来流惯性抑制泄漏流的转向。采用数值方法研究了不同转速下9种叶顶前缘端削结构对转子性能的影响,以稳定裕度为目标对端削结构进行了优化设计。研究表明:叶顶前缘端削通过从前缘叶顶间隙引入来流降低了泄漏流的反流程度,使通道堵塞程度减小,在总压比和等熵效率不变的前提下提升转子的稳定裕度,高、低转速下分别提升2%、3%,存在最佳的端削范围使转子在不同转速下均获得较大稳定裕度提升。