摘要：随着离心压气机压比的不断提高,径向扩压器逐渐成为制约高压比离心压气机稳定性的关键因素之一,以某高压比离心压气机为研究对象,利用数值方法开展了扩压器自循环流动控制研究,详细讨论了扩压器自循环流动控制对离心压气机性能和内部流动的影响机理。结果表明,在不同转速下,自循环流动控制的效果不同,100%转速时该流动控制方法能够使其流量裕度提高3.5%;而在非设计转速下,该流动控制方法无法带来稳定裕度的提升。通过对流场的分析发现,100%转速近失速工况下,该流动控制方法通过引入一股与主流方向垂直的射流,减小了扩压器入口马赫数,使发生分离的临界攻角增大,抑制扩压器吸力面流动分离,从而提高离心压气机稳定工作裕度。

摘要：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。

摘要：基于对跨声速轴流压气机内部失稳触发机制的认识,设计了一种新型多圆柱孔式处理机匣结构。对带该处理机匣的跨声速轴流压气机转子Rotor-37的内部流动进行了全三维非定常数值模拟,结果表明该新型多圆柱孔式处理机匣结构可使压气机的综合裕度提高6.5%,而最高效率点效率仅降低0.19%。对多圆柱孔式处理机匣的扩稳机理进行了详细分析,结果表明处理机匣能有效消除低速流体团引起的通道阻塞现象,并将低速阻塞流体团抽吸进入处理机匣容腔,然后从前端喷口预旋喷出以抑制叶顶区域的流动分离,从而有效提高跨声速轴流压气机的失速裕度。

摘要：以某压气机转子为载体,针对其顶部间隙泄漏流的非定常特性,设计了一种周向槽处理机匣,利用数值模拟的方法研究了其对压气机转子性能及顶部非定常间隙泄漏流动特性的影响,结果表明:该处理机匣的引入能够在不恶化压气机性能的前提下使得其流量裕度提高约6.5%。与实壁机匣结构相比,周向槽处理机匣减小了间隙泄漏流轴向动量,抑制了叶顶间隙泄漏流非定常性的出现,从而提高了压气机的稳定工作裕度。

摘要：针对带楔形扩压器的高负荷离心压气机,利用数值模拟手段对其进行了研究,计算获得的离心压气机特性与试验结果符合较好。在此基础上,设计了具有不同喉部长度和扩张角的管式扩压器,利用经过校核的数值模拟手段对管式扩压器的喉部长度和扩张角进行了参数化研究。研究发现较长的喉部会使压气机设计点的性能下降,但是却可以抑制近失速点扩压器内的流动分离,喉部长度与喉部直径之比为0.5时综合性能较优;较大的扩张角会造成扩压器内流动分离,增加流动损失,扩张角由4°增加到12°时压气机效率降低了约3%。

摘要：离心叶轮/扩压器匹配关系恶化直接限制了离心压气机的稳定工作范围.以Radiver离心压气机为研究对象,借助经过校核的数值模拟方法开展了基于可调叶高扩压器的离心压气机叶轮/扩压器匹配关系及流动机理研究.结果表明:通过建立能够指导扩压器叶高调节方向和量值的“压气机工作流量-扩压器最佳叶高”正相关对应关系,即可在压气机近失稳点等小流量点主动降低扩压器叶高以改善压气机稳定工作裕度.在设计转速下,引入可调叶高扩压器能够使离心压气机的稳定裕度提升18.8%、流量范围拓宽385%且峰值效率提高0.45%;随着压气机工作点向小流量工况偏移,降低扩压器叶高可以抑制扩压器来流正攻角,优化重构其通道内部涡系结构,减小扩压器吸力面和压力面/轮毂角区的低速区,进而改善叶轮/扩压器匹配关系,抑制扩压器内部流动失稳发生,提升离心压气机稳定裕度和效率指标.

摘要：本文首次提出使用机器学习XGBoost算法作为气动性能的回归模型,并使用全局寻优算法MaxLIPO置信域方法在回归模型上进行寻优的气动优化方法。为保证回归模型在最优值附近的准确性,采用动态识别加点法构造动态更新的回归模型,并使用双重收敛准则判断优化流程的收敛。构建优化流程后,对一种新型减重高压涡轮叶型进行优化。结果表明,该优化流程相较传统优化方法能实现气动性能的快速有效寻优,在最优值附近的回归预测精度达到与CFD结果误差极小的水平,并能分析各几何参数对气动性能的影响权重,最终实现了对减重涡轮叶型的有效气动优化设计。

摘要：本文首先以ONERA串列叶栅为研究对象,利用数值模拟的方法对串列叶栅特性及其内部流动进行了分析,在此基础上,设计了与串列叶栅具有同等性能的单列吸附式叶栅,并在设计工况和非设计工况下对改型后的单列吸附式叶栅特性及其内部流场进行了详细分析。结果表明:在相同来流马赫数、出口条件和扩散因子的情况下,单列吸附式叶栅的性能优于串列叶栅,在高负荷压气机设计中用吸附式单列叶栅代替串列叶栅的做法是可行的。

摘要：涡轮机械在工业中广泛应用,是实现能源转化利用的重要载体。随着涡轮机械的不断发展,利用数值仿真和实验手段对其性能改进空间有限,难以满足与日俱增的工程需要。近年来,随着人工智能和数据驱动技术的快速发展,机器学习作为其主要分支,备受关注,在诸多领域展现了巨大的应用潜力。将机器学习应用于涡轮机械,对于涡轮机械部件优化设计具有效率高、可泛化等优点,同时使涡轮机械部件寿命预测、健康监测和故障诊断变得更加智能高效,为涡轮机械发展带来了新的契机。综述了机器学习的基本原理以及经典机器学习算法,对机器学习在涡轮机械部件如叶片、轮盘和密封组件的研究进展进行了系统阐述,分析了机器学习在涡轮机械上述领域应用中的问题及发展趋势。

摘要：通道二次流作用下,涡轮叶片吸力面气膜轨迹呈收缩状从叶片两端朝叶中偏转。针对该问题,本文设计了高压涡轮叶片吸力面双排分区域复合角气膜冷却模型,并采用数值模拟的方法,分析了二次流和复合角对气膜冷却特性的影响。结果表明,在近端区,叶片上游孔排SS1形成的气膜受马蹄涡的作用偏转较小,叶片下游孔排SS2形成的气膜受较强通道涡的影响偏转角远大于上游气膜;在叶片吸力面增加朝向端壁的复合角设计,可以改善气膜覆盖的均匀性,复合角增大至30?左右时,可以消除射流的脱壁现象,最大复合角工况相比于简单角工况的展向平均气膜冷却效率提高了13.9%。