基于非线性谐波法的多级轴流压缩机叶顶间隙流动分析

为了探究叶顶间隙对多级轴流压缩机的内部流动和气动性能的影响,对某12级多级轴流压缩机进行研究。首先,基于数值模拟预测出叶顶间隙为近零间隙(C_(n0))、设计间隙(C_(d))、1.5倍设计间隙(1.5C_(d))、2倍设计间隙(2C_(d))的压缩机性能曲线;然后,在此基础上采用非线性谐波法(NLH)对不同间隙模型进行非定常数值模拟计算;最后,对模拟结果的内部流场状况进行分析。研究结果表明:叶顶间隙大小不仅影响压缩机的流量特性曲线,而且在某个间隙时压缩机的性能最佳,同时在稳定的工作范围内存在一个最佳间隙,即失速裕度最佳值。通过对压缩机叶顶区域流场的分析,从非定常流场的角度阐明了叶顶泄漏流形成的涡对压缩机性能影响的原因,在近零间隙模型中,叶顶间隙涡不明显,由间隙过小导致堵塞引起叶片吸力面出现较大范围的高速流动区域。当叶尖间隙在最优值左右时,叶尖泄漏流动抑制了流动分离。而随着叶顶间隙的不断增大,叶顶间隙引起涡的尺度和强度也相应增大,使压缩机性能降低。

叶顶间隙对潜水轴流泵压力脉动的影响研究

轴流泵的叶顶间隙泄漏是引起涡动干扰和压力脉动的关键因素,不同叶顶间隙下机组受到的激振力和压力冲击差异显著。本文以350ZQ-125型高比转速立式潜水轴流泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型,对6个不同叶顶间隙叶轮模型在设计流量工况下轴流泵三个关键部件流道内压力脉动进行计算。结果显示,不考虑叶顶间隙时,轴流泵内部压力脉动主要由动静干涉引起;考虑叶顶间隙时,泵内压力脉动受间隙泄漏的影响,进水喇叭和导叶流道内呈现为低频脉动,脉动幅值随着间隙的增加逐渐降低。叶轮流道内的受叶片扰动脉动主频为3 f_(n),且脉动幅值变化不明显。合适的叶顶间隙尺寸可以降低叶轮进口和导叶出口的压力脉动。

倒角和间隙对跨音轴流压气机气动性能的影响

通过对一单级跨音速轴流压气机的流场进行数值模拟,研究了动叶根部倒角以及顶部间隙对流场气动性能的影响。结果表明:动叶叶顶间隙会造成顶部区域的通流阻塞并加重顶部分离损失,根部倒角会减小根部的气流折转角,降低做功能力,而且扩大根部分离区,减小根部流量,增大根部分离损失,因此为了提高数值模拟的准确性应考虑动叶叶顶间隙和根部倒角。

轴流泵叶顶间隙流动的计算流体动力分析

利用计算流体动力 (CFD)技术对轴流泵叶顶间隙流动进行数值模拟 ,对比分析了宽度为叶轮直径的 0% ,0 .1 % ,0 .2 %及 0 .3%四种不同间隙下轴流泵的能量特性 ,并对间隙内的速度分布情况进行了分析 .该数值模拟捕捉到了叶顶间隙的泄漏流动及泄漏涡 ,得到了比较完整的能量特性图表并与实验数据吻合 .

动调轴流风机叶顶间隙对风机性能及失速特性的影响研究

以某电厂660MW机组的一次风机为例,试验研究了动调轴流风机叶顶间隙对实际失速线的影响。研究表明,叶顶间隙过大会使风机的实际失速线与其理论失速线存在较大偏差,实际失速线向下方移动,并且同时会造成较大的效率负偏差。对该试验过程进行了详细描述,并对工况点在性能曲线上的位置进行了分析,通过逼近失速试验,最终确定了风机的实际失速线位置。通过引入相关性系数,对叶顶间隙与失速点压力偏差和效率偏差的关系进行了研究。研究表明,叶顶间隙与失速点压力相对偏差的相关系数为-0.99,即叶顶间隙越大,实际失速线与理论失速线偏离越严重,实际失速点的压力负偏差也越严重;同时叶顶间隙与效率偏差的相关系数为-0.93,即叶顶间隙越大,效率负偏差越大。

轴流压气机转子内流数值模拟及叶顶间隙泄漏分析

本文数值求解N—S方程和Euler方程对比分析单转子轴流压气机内部流场、计算较好地预测了压气机的平均流场及叶尖泄漏涡的生成演化过程。为分析泄漏流动的成因，本文采用简化模型计算泄漏速度。计算与实验结果的时比表明，泄漏流动是无私流动，粘性主要表现为对涡的衰减；泄漏流动由叶片两侧的转了静压控制，粘性在叶片两侧作用持平；给定叶片两侧的转子静压即可由Bernoulli方程求出泄漏速度。

不同叶顶间隙下斜流泵内部流动特性的数值模拟

为研究轮缘叶顶间隙对斜流泵性能和流动不稳定特性的影响,基于SST k-ω湍流模型对某斜流泵选取了0,0.25,1.00,2.00 mm 4种尺寸的叶顶间隙进行数值计算,分析间隙区域内压差分布、泄漏量、叶顶泄漏涡旋强度以及进口轴面速度分布.结果表明:不同运行工况下,斜流泵泄漏量从叶轮进口到叶轮出口先增大后减小,其与间隙区内压差变化趋势相吻合.叶顶泄漏量随着间隙尺寸的增大而增大,导致泵的能量损失增大.经对比发现,间隙尺寸是影响叶顶泄漏量的主要因素.小流量工况下,随着叶顶间隙尺寸的增大,叶顶泄漏流与主流卷吸作用形成的泄漏涡强度逐渐增强.部分泄漏流进入相邻叶片通道,导致其流动失稳.随着叶顶间隙的增大,斜流泵能量损失明显增多,且内流不稳定性明显加剧.增大流量后,不同间隙下叶顶泄漏涡旋转强度均逐渐降低.

单级轴流压气机周向槽与梯状间隙结构的对比

在验证了计算模型的可靠性后,对单级轴流亚音压气机进行了71%设计转速下,实壁机匣,周向槽机匣与梯状间隙结构工作特性的数值模拟。结果表明,周向槽机匣与梯状间隙结构都能在一定范围内起到扩稳作用。周向槽的作用更多地体现在对叶片前缘叶顶泄漏涡的控制上,因此更适于设计在叶片通道的前半段。梯状间隙结构在叶片通道前半段与后半段都能起到扩稳作用,只是施于叶片前缘时,压气机效率损失较大,而施于叶片尾缘时,可以减小叶片尾迹分离区的面积,对提高压气机效率有益。

叶顶小间隙和周向槽耦合作用对轴流压缩机性能的影响

以单通道轴流压缩机rotor37为研究对象,合理设计了叶顶小间隙和周向槽,采用数值计算的方法,研究叶顶小间隙和周向槽耦合作用对轴流压缩机性能的影响。计算结果表明,可以在不降低效率的同时,有效地扩大压缩机的稳定裕度,提高压比。在此基础上,对其机理进行深入分析,认为适当减小间隙可以有效降低叶顶泄漏流,提高效率。周向浅槽由于增加径向流动,增加了损耗,但是可以改善压比和稳定裕度。两者的耦合作用,可以在不降低效率的同时,有效地扩大压缩机的稳定裕度。

压气机模化中叶顶间隙对气动性能影响的数值研究

为了研究压气机相似模化过程中叶顶间隙对性能的影响规律,以某燃机压气机前1.5级为对象,采用数值模拟方法,研究了不同缩尺比例压气机的性能变化规律及机理。结果表明:缩尺模化时若保持叶顶间隙尺寸不变,则压气机模型机性能会下降,导致换算的原型机峰值多变效率下降约1.4%~3.38%,压比下降约0.88%~3.17%;叶顶间隙对流场相似性影响主要集中在叶片顶部流道区域,造成该区域流动不满足相似条件。分析流场发现,随着缩尺模化比例增加,叶顶间隙相对泄漏流量增加,叶顶流道内低速区范围扩大,泄漏涡在径向的影响范围和强度也增加,这是导致缩尺模化后流动堵塞程度加重、性能下降的主要原因,增加缩尺模化比例还会加剧叶顶泄漏流对激波的削弱。

微型轴流风扇叶顶间隙内泄漏流动的数值模拟

运用FLUENT软件对一种微型轴流风扇内部的非粘性三维流场进行数值模拟,获得了风机内部叶顶间隙内流动规律。对叶顶间隙泄漏涡流的形成和发展作出了比较详细的分析,得到随叶尖间隙的增大,泄漏流动形成泄漏涡,旋涡强度随叶顶间隙的增大(从0.5 mm增大到6 mm)迅速增大到最大值,之后叶顶间隙继续增大,泄漏涡范围增大,但强度不再继续增大。经分析还得到叶顶间隙涡产生于吸力面近叶顶区域,并朝相同流道叶片的吸力面向尾缘方向发展。其结论为进一步弄清叶顶泄漏涡流的流动机理以及为微小型轴流风扇的优化设计都提供了依据。

环量分布控制轴流风扇气动性能的机理分析

采用数值模拟的方法,对比研究了不同环量指数的轴流风扇在设计工况下的气动性能,通过分析风扇内部流动结构,揭示了沿叶高变环量设计对气动性能影响的控制机理。结果表明:环量指数取适当的负值时,风扇叶顶通流能力较强,削弱了间隙处逆流对主流的影响,减小叶顶间隙泄漏带来的损失;但环量指数若取值过小,会使吸力面根部沿径向指向叶顶和沿轴向指向前缘的静压梯度较大,促进了附面层的分离,增大了二次流动损失。本文的轴流风扇在环量指数取-0.2左右时气动性能最好。

叶栅端壁附面层的预测模型研究

本文对轴流压气机叶栅端壁附面层的诸种计算方法进行了详细的研究,基于实验和理论提出一种将叶片力亏损与端壁附面层主流和横流发展相关联的新的叶片力亏损模型。该模型不仅适用于叶栅通道内的附面层计算,而且适用于考虑端部间隙漏流影响的端壁附面层计算。对三种不同叶栅的计算结果表明,采用本文的力亏损模型和端壁附面层计算方法所预测的端壁附面层发展,尤其是叶片力亏损的发展,与实验结果一致性较好,这说明本文方法不仅通用性强而且更具有强的实用性。

预测轴流压气机叶栅端壁附面层及叶片力亏损的速度模型

本文应用三种不同的三维附面层速度分布模型对轴流压气机叶栅通道端壁附面层及其叶片力亏损进行了详细的研究,考虑了叶片端部间隙漏流的影响。对三种高负荷叶栅的数值分析结果与实验结果比较表明,采用新的叶片力亏损模型后,不同的速度分布模型对叶片力亏损的预测结果影响较小;而对端壁附面层的预测结果产生较强的影响,叶栅端部无间隙时,本文的速度模型1或3优于模型2;叶栅端部有间隙时,速度模型1最优,由此提高了端壁附面层数值预测的准确性。

基于频谱的篦齿轴向窜动与叶尖间隙测量方法

航空发动机低压涡轮带冠叶片篦齿和机匣之间的叶尖间隙参数以及篦齿轴向窜动参数的在线高精度测量是保证涡轮发动机安全运作和气动效率的关键。传统的电容式叶尖间隙测量系统对噪声敏感度大,且不能对篦齿的轴向窜动参数同时进行测量。因此研制了一种“人”字形电容传感器,提出了一种基于频谱的篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数的提取方法。建立了“人”字形电容传感器测量模型。仿真分析了测量信号的幅度谱特征并提出了一种最优谱线选择方法。提出了基于转速和信号特征频率估计的自适应频域滤波,信号整周期等角度采样,幅度谱估计以及二元多项式曲面拟合相融合的信号处理方法,实现了叶尖间隙参数和轴向窜动参数的动态测量。在实验室环境下搭建了篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数测试实验平台,完成了标定和测量实验。实验结果显示,篦齿盘工作在1900 r/min以下时,测量系统在0.5~1.5 mm叶尖间隙及±1 mm轴向窜动范围内,叶尖间隙测量精度达18μm,轴向窜动测量精度达30μm。

对旋轴流风机叶顶间隙对其性能的影响

为了探究改变对旋轴流风机两级叶轮的叶顶间隙对其性能的影响,建立不同叶顶间隙下风机三维模型,利用Fluent进行数值模拟,并结合风机性能试验验证仿真的正确性。分析压升、效率、轴功率、湍流动能和叶顶泄漏涡随两级叶轮叶顶间隙的变化情况,结果表明:在相同流量下,压升、效率随间隙的增大而减小;与第一级叶轮相比,间隙对第二级叶轮的轴功率、湍流动能及泄漏涡影响更加显著;随间隙增大,叶顶泄漏涡的强度和影响区域越大。

对旋轴流风机叶顶间隙对其气动噪声的影响

为探究改变叶顶间隙对矿用对旋式轴流风机气动噪声的影响,建立不同叶顶间隙的风机三维模型,并结合风机性能试验验证模型的正确性。利用Fluent对风机进行定常模拟、非定常模拟和噪声预估,分析了声功率级和声压级随叶顶间隙的变化情况。结果表明:叶根与轮毂交界处、叶顶间隙处和相邻两叶片中间部位的声功率级随间隙的增加而增大,且叶顶处吸力面声功率级高于压力面。不同间隙下风机的A级声压值总体上呈先急剧下降后上升再逐渐下降的趋势,间隙变大后,风机在各监测点处的A级声压值随之增大。与高频处相比,间隙对中低频处的A级声压值影响更加显著。

叶顶间隙与轴向间距耦合对喷泵流场影响的数值分析

以某艇用喷泵为研究对象,取1mm和1.5mm两种叶顶间隙以及5.6mm、11.2mm、16.8mm三种叶轮-导叶间距耦合,采用剪切应力湍流模型基于CFX软件进行多种流量工况下的流动模拟,分析不同耦合情况对喷泵流场的影响。结果表明:不同的耦合情况均对流场产生明显影响。耦合情况为1-16.8时,喷泵效率最高达到85.08%,相对提升4.44%;耦合情况为1.5-5.6时,吸力面负压区域减少,有利于叶片表面静压分布,但叶轮区域内泄漏流与主流的混渗效应加强;叶顶间隙变大会削弱轴向间距变化对叶顶间隙压差造成的影响。文章从耦合的角度分析,较仅考虑单一因素更为全面。分析结果对于喷泵设计及使用过程中性能变化的分析有一定参考价值。

轮缘推进器叶梢间隙流动预报方法研究

为研究转子转速和进速系数对轮缘推进器间隙流道流量和轴向压差的影响,采用Fluent软件对轮缘推进器模型进行不同工况下的CFD计算。轮缘推进器叶梢间隙流场通过雷诺平均(RANS)方程计算,通过MRF方法模拟推进器转子的转动。针对推进器模型,先进行了推进器的敞水性能计算,并将计算结果与试验值比较,吻合较好。在此基础上,进一步分析了不同转速和不同进速系数下推进器间隙流道流量和轴向压差情况。研究结果表明:该方法可以准确地预报轮缘推进器叶梢间隙流道中的流体的流动。

涡扇发动机涡轮带冠叶片叶尖间隙测试

航空发动机叶尖间隙参数的在线高精度测量是保证发动机运行安全和气动效率的关键。涡扇发动机低压涡轮叶片为叶顶带有篦齿结构的带冠叶片,传统电容式叶尖间隙传感器为圆形芯极结构,其测量精度易受变工况下篦齿轴向窜动影响。因此提出一种矩形芯极的电容传感器结构方案,基于双极板电容原理,建立矩形芯极下的叶尖间隙测量模型。仿真分析轴向窜动对不同结构传感器方案的影响规律。开发矩形芯极传感的带冠叶片叶尖间隙测量系统,搭建测试平台,开展实验室环境下的标定和测量实验。仿真和实验结果表明:新型的矩形芯极传感器可提高传感器的抗轴向窜动能力;1~3 mm量程内,叶尖间隙测量误差小于65μm。