摘要：探讨了高负荷压气机叶栅中应用非轴对称端壁的有效性.首先利用NUMECA/Design3D优化软件包来完成了对端壁的优化,然后推导并建立了高负荷压气机叶栅出口含全部掺混损失的二次流损失的计算方法,最后在设计攻角和非设计攻角下对轴对称端壁和非轴对称端壁结构的高负荷压气机叶栅内部及出口流场进行了详细的分析.分析结果表明:在设计攻角和非设计攻角下采用非轴对称端壁均能改变端壁附近载荷分布、降低叶片通道的二次流动损失;在设计攻角下使叶栅周向质量平均总压损失减少约为9.4%,在非设计攻角(±3°)下分别减损7.7%和11.8%;当非轴对称端壁幅值为4%叶高时,二次流动损失最小.

摘要：顶部喷气是提高压气机稳定工作裕度的有效方式之一。文中设计了一种新型的喷嘴结构,利用高速单级轴流压气机试验台,研究了定常微量喷气对压气机性能和稳定工作裕度的影响。试验结果表明:在53%设计转速下,占压气机设计流量0.064%的喷气量可以使得压气机的失速裕度提高7.69%。同时,对带定常微量喷气的压气机转子内部流动进行了时间精确的非定常数值模拟,对比分析了喷气前后转子顶部区域不同的流动结构。将顶部间隙泄漏涡轨迹向压气机转子尾缘推移,抑制来流/顶部间隙泄漏流交接面向转子叶片前缘移动是定常微量喷气提高压气机失速裕度的主要机理。

摘要：利用三维数值模拟技术对微型燃气轮机中的离心压气机部分进行了数值分析,得到了离心压气机设计转速下的级特性曲线和各通流部件中的流动情况。数值分析表明:设计转速下压气机的级特性非常陡峭;整个特性线范围内离心叶轮基本在亚音速情况下工作,而径向扩压器是在跨音速条件下工作,离心压气机整机的最大流量是由径向扩压器的喉部面积决定的;离心压气机级内部各通流部件之间流动的相互干扰是引起流动分离的重要原因,各通流部件之间流动的相互匹配和协调将决定了离心压气机整机的性能和稳定性。

摘要：基于对压气机转子顶部间隙泄漏流的深刻认识,针对某跨音速轴流压气机转子,设计了一种新型的处理机匣结构,并对带处理机匣的压气机转子内部流动进行了全三维非定常数值模拟,数值计算所获得的总性能(实壁)与试验结果符合较好.该种新型处理机匣结构的引入能在不降低压气机设计点效率的前提下有效地提高压气机的失速裕度.对处理机匣与顶部间隙泄漏流之间的相互作用机制进行了详细分析.结果表明:处理机匣结构能抑制间隙泄漏涡破裂现象的发生,并将间隙泄漏涡破裂后导致的阻塞区抽吸进入处理槽,从而有效地提高了跨音速压气机的失速裕度.

摘要：跨声速离心压气机面临进口激波控制的难题,探索前缘掠型对跨声离心压气机影响机理对于进一步提升离心压气机性能具有重要意义。以两台跨声速离心压气机为研究对象,利用经过校核的数值模拟手段探究了不同前缘掠型下压气机的性能及流场变化。结果表明:设计工况下叶轮入口的激波位置直接决定了前缘掠型设计的作用效果。掠型设计通过改变导风轮叶顶载荷分布,进而影响其通流能力,同时改变了其入口激波结构和流动损失。当叶轮入口叶顶激波呈吞入状态时,采用前缘后掠会减弱槽道激波强度,从而减小导风轮叶顶附近损失;当叶轮入口叶顶激波呈脱体状态时,采用前缘前掠会减弱前缘激波强度,使得激波更加附体,从而减小导风轮叶顶附近损失。

摘要：颤振是航空发动机和燃气轮机运行安全的重要威胁,判断颤振发生的传统经验法已经不再完全适用于新一代高负荷定制叶片,而大规模的三维非定常颤振计算在设计阶段难以实现。因此,为了给设计阶段提供参考,与叶片颤振特性相关的关键参数研究必不可少。本文基于二维平板叶栅,对折合频率、安装角、攻角、振动模态(平动和扭转)等影响颤振的关键参数开展了研究,旨在总结颤振稳定性随关键参数的变化趋势,为可能出现颤振风险部件的设计提供参考。

摘要：以某高负荷离心压气机为研究对象,进行管式扩压器设计,借助于数值模拟的方法,对影响扩压器性能的重要参数———喉部面积进行参数化研究,并详细分析了管式扩压器特殊的进口结构对压气机内部流场的影响,初步探讨了管式扩压器喉部设计准则,摸清其提高效率扩大稳定工作范围的机理.

摘要：采用试验和数值模拟的方法研究了梯状间隙结构对轴流压气机转子性能以及内部流动的影响,在某单级轴流压气机试验台上,在5059r／min和8130r／min两个换算转速下分别对三种不同的机匣结构进行了详细的试验测试,结果表明:与具有设计间隙的实壁机匣结构相比,两个转速下梯状间隙结构的引入能够在扩大压气机的稳定工作裕度的同时使得压气机所有流量工况下的压比和效率均有一定程度的改善;对具有梯状间隙的压气机转子内部流场进行了详细的数值模拟,揭示阶梯状间隙结构内部流动机理。

摘要：紧凑高效的扩压器设计非常具有挑战性,成为制约高压比离心压气机应用于工程实际的主要技术障碍。管式扩压器是解决高压比离心压气机扩压器设计难题的有效手段。目前管式扩压器已经在国外先进中小型航空发动机中得到了应用,有效地提升了离心压气机性能。本文从管式扩压器设计参数对压气机性能的影响以及管式扩压器内部复杂流动机理研究两个方面对管式扩压器的国内外研究进展进行了回顾,讨论了管式扩压器内部流动机理及其对离心压气机性能的影响,并指出了管式扩压器研究的发展趋势。

摘要：为克服超紧凑齿轮传动涡扇(GTF)发动机增压级优化设计面临的高维、耗时、黑箱三大难题,发展了一套精准高效可靠的优化设计方法,运用多目标粒子群算法结合下降单纯形算法的多层次优化策略,具有优化变量少、求解速度快、寻优能力强的优势。优化设计后,GTF增压级在100%设计转速下的峰值效率和失速裕度分别提升0.27%和1.31%。相比于复合弯掠高负荷静子原型,高负荷静子优化构型通过改变整个展向的叶型特征和三维积叠规律,使得自20%叶展至叶尖的流动分离向下游移动,减少由叶尖向轮毂的径向迁移和吸力面尾缘附近低速回流区域的范围,延缓了GTF增压级失速的发生,提升了GTF增压级的效率。