转子叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能影响机理分析

为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA进行数值模拟。结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,改型后0.204-0.408的各类间隙压气机性能优于0.408-0.204间隙的。相比较平行间隙PTC 0.204-0.204,渐变式TTC0.204-0.408和阶梯式STC 0.204-0.408的失速裕度分别提高1.12%和1.61%,峰值效率基本不变,同时近失速工况下的总压比和效率也略有提高。叶尖泄漏涡得到抑制,间隙处的流体低速区明显减小,流动损失减小,流场得到较大改善。转子通道的总压比在85%叶高处明显提高,分别提高了1.01%和3.13%。阶梯式叶尖间隙压气机的静子通道40%叶高处总压损失系数减小达75.4%。对平行式叶尖间隙进行改型处理能够有效提高压气机性能,且阶梯式叶尖间隙比渐变式的对压气机性能提高的效果更加显著。

高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征。结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖间隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降。

迷宫汽封泄漏特性数值模拟

建立迷宫汽封三维数值分析模型,系统研究了压比、汽封间隙、齿尖宽度、台阶高度等参数对迷宫汽封泄漏特性的影响。结果表明:汽封泄漏量随压比的增加而增加,且增加率逐渐减小;无量纲参数"齿隙比"j(齿尖宽度与汽封间隙之比)可用于评价汽封内部流动特性的变化,当j≥1.0时,其变化对汽封内部流动特性的影响可以忽略,此时汽封泄漏量与汽封泄漏面积成正比,当j<1.0时,其变化会引起汽封内部流动特性的显著变化,此时在计算汽封泄漏量时应考虑齿隙比对流动特性的影响;台阶高度H_s变化对汽封泄漏量影响较小,但当H_s=0时,迷宫汽封退化为光轴结构,会引起泄漏量大幅增加43%以上,因此不建议在没有台阶的光滑轴面使用迷宫汽封。

光轴蜂窝汽封泄漏特性研究

利用Fluent软件建立光轴蜂窝汽封的三维计算模型,研究汽封进、出口压比、汽封间隙、蜂窝内径以及蜂窝高度对蜂窝汽封泄漏特性的影响。研究结果表明:蜂窝汽封泄漏量随汽封进、出口压比的增加而增加,且增加率逐渐减小;随着汽封间隙的增加,蜂窝汽封泄漏量急剧增加,密封效果迅速恶化;蜂窝高度的增加有利于降低蜂窝汽封的泄漏量,泄漏量随蜂窝高度的增加近似呈反S型减小;蜂窝内径为3.2mm时汽封泄漏量最小,蜂窝内径小于3.2mm时,蜂窝内径的变化对蜂窝汽封泄漏量的影响非常小,可以忽略,蜂窝内径大于3.2mm时,蜂窝内径变化会引起泄漏量的迅速增加。建议蜂窝高度不小于4.8mm,蜂窝径高比Φ不小于1.5。

叶顶间隙对高压比离心压气机性能的影响机理

为了研究高压比离心压气机叶顶间隙流动损失的产生机理,建立了18个不同叶顶间隙的压气机叶轮模型,采用数值方法对其进行流场求解计算,对比分析有叶顶间隙与无叶顶间隙下压气机叶轮流道内的流场特性,进行不同叶顶间隙下叶轮流动的对比研究.结果表明:在设计转速与流量下,等熵效率与压比随叶顶间隙比率的增加而近似线性减小;叶轮流道内产生的泄漏涡与主叶片前缘激波相互作用造成有叶顶间隙下的流动损失,高速流体与机匣壁面作用产生的壁面涡与主、辅叶片前缘的激波共同造成了无叶顶间隙下的流动损失;随着叶顶间隙的不断增加,泄漏涡与激波相互作用产生的影响力不断向下游移动,导致压气机性能的不断降低.

基于CFD偏置迷宫密封泄漏特性研究

为了探究偏置状态迷宫密封的泄漏特性,使用ICEM CFD软件对迷宫密封水体模型进行结构化网格划分,并选择标准k-ε湍流模型,以不可压缩流体为工作介质对不同偏心率的迷宫密封进行了数值模拟计算,分析了不同间隙和压比对偏置迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明:迷宫密封在偏心率不变的情况下,密封泄漏量随着节流间隙的增大而增加;密封泄漏量随着压比的增大而增加,且在高压比工况下,泄漏量随偏心率的变化更加明显。

超高压水压泵柱塞副间隙泄漏占比的仿真计算

考虑间隙内水介质黏度、间隙受压形变在柱塞轴向沿程变化,用AMESim软件对超高压水压泵细长型柱塞副在工作压力从0~120 MPa变化时的间隙、泄漏占理论排量的比值进行了计算预测。结果表明:随着工作压力升高,柱塞间隙内水介质黏度沿程变化引起的泄漏量呈近似线性增长,在120 MPa时间隙泄漏增大25%;间隙高压形变引起的泄漏量快速增长,在120 MPa时间隙泄漏增加3倍;当配合间隙为3,5,7μm时,间隙泄漏占比为3.51%,8.93%和18.51%;超高压工况下,影响柱塞间隙泄漏的主要因素是柱塞副间隙大小、间隙高压变形量、柱塞副接触长度、柱塞偏心量,减小柱塞副配合间隙、间隙高压变形量,增大柱塞副接触长度,可显著减小泄漏,提高容积效率。

热-压形变对超高压水压泵柱塞副间隙泄漏的影响

柱塞副间隙的泄漏是影响柱塞泵容积效率的主要因素,超高压工况下柱塞副微米间隙的热-压形变不可忽略.利用流-固-热耦合方法,建立柱塞副压形变主导模型和热-压耦合形变模型,对单边间隙高度5μm的柱塞副二维轴对称模型中的压差流动进行仿真计算.结果表明:当柱塞副入口压力为110 MPa时,在间隙入口受压形变占主导,单边间隙增大4μm以上,在间隙出口热形变占主导,单边间隙减小1.1μm;压形变主导模型计算所得柱塞副间隙泄漏量为柱塞副无形变时的4倍;热-压耦合形变模型计算所得柱塞副间隙泄漏量是柱塞副无形变时的1.3倍.研究结果为准确预测超高压水压泵柱塞副的间隙泄漏流量提供方法.

Effects of Various Geometric Features on the Performance of a 7:1 Pressure Ratio Deeply Scalloped and Split Radial Turbine in a Gas Turbine Engine

A 2 MW gas turbine engine has been developed for the distributed power market.This engine features a 7:1 pressure ratio radial inflow turbine.In this paper,influences of various geometry features are investigated including turbine tip and backface clearances.In addition to the clearances,the effects of the inducer deep scallop and exducer rounded trailing edge are investigated.Finally,geometric features associated with a split rotor(separate inducer and exducer)are studied.These geometry features are investigated numerically using CFD.Part of the numerical results is also compared to experimental data acquired during engine test to validate the CFD results.

间隙高度对超声速膨胀器流场及性能的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,对不同间隙高度超声速膨胀器的流场和性能进行了数值研究,结果表明：间隙高度显著影响三维流道内的局部流动特性和超声速膨胀器的整体性能,随间隙高度增加,气流最高相对马赫数降低,高速区范围逐步缩小;泄漏涡增强,尺度变大,横向和径向运动明显,泄漏损失增加,但激波及激波附面层相互作用的损失降低;超声速膨胀器的膨胀比先增大后减小,等熵绝热效率持续降低.下端壁、吸力面附近低能流体之间以及与壁面的摩擦损失和间隙泄漏损失是有间隙超声速膨胀器三维流道内损失的主要来源,超声速膨胀器的间隙高度宜在0.9%h0-1.5%h0之间选取.

附加涵道风扇系统叶尖涡轮流动特征

针对一种可极大提升涵道比的气驱附加涵道风扇推进动力系统开展研究,采用数值模拟手段重点分析了其核心部件叶尖涡轮的流动特征和工作机理,为后续发展这种大涵道比推进动力奠定理论基础。研究表明:叶尖涡轮实质上是具有低稠度低展弦比特征的轴流涡轮,稠度可低至0.6,展弦比可低至0.4。低展弦比造成的叶尖涡轮间隙泄漏损失增大为原来的2倍,泄漏涡径向侵入叶根,主流流动损失加剧,大大降低了低稠度涡轮能量提取效果;稠度降低会使得喉道位置迁移,导致气流偏转和膨胀加速能力大幅下降;基于这一结构,提出有效提能区和能量提取率来阐明其做功机理并表征低稠度叶尖涡轮的出功能力。