摘要：变转速及变导静叶片角度是实现轴流压气机扩稳增效的两个最有效性能调节方法,对航机、燃机、工业压缩系统的高效宽工况运行具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不够的问题,对某3.5级高速轴流压气机在100%~70%设计转速范围内四种转速下的内部流动进行了全三维定常数值模拟,重点分析了低转速下的失速特性及其流动失稳机理。结果表明:100%、90%设计转速下失速裕度为16.58%、32.22%;在80%、70%设计转速下失速裕度分别为0.22%、0.34%,性能曲线表现出突变失速的不连续性。分析流动机理后发现80%转速下流动失稳现象为R1叶尖部分叶高失速,该失速无法通过增大流量解除;70%转速下流动失稳现象为S2角区分离引起S3双开型角区分离失速,该失速可通过增大流量解除。研究工作对完善多级高速轴流压气机导静叶调节扩稳设计具有指导价值。

摘要：针对离心压气机实际运行过程中的进口畸变不确定性问题,提出了一种离心压气机进口径向总压畸变不确定性参数化表征模型。以跨声速Radiver离心压气机为研究对象,采用非嵌入式多项式混沌法和Sobol敏感性分析方法,研究了压气机气动性能受叶尖畸变、轮毂畸变两类进口径向总压畸变不确定性的影响,获得了对压气机气动性能影响最为显著的不确定性因素,并分析了不确定性因素影响压气机气动性能的相关流动机理。结果表明:相比于均匀来流,叶尖畸变、轮毂畸变均使压气机级多变效率下降近1.0%;轮毂畸变、叶尖畸变分别对级总压比、扩压器总压损失系数带来的影响较为显著,级多变效率受轮毂畸变影响下降1.4%,叶尖畸变使损失系数增大11.0%;相较于轮毂侧和叶尖侧畸变峰之间的相对位置,压气机气动性能对畸变峰的数值大小更敏感;受进口径向总压畸变影响下的压气机的性能恶化与扩压器叶片进口冲角不均匀分布导致的流动分离现象密切相关。研究工作表明了进口畸变不确定性在离心压气机不确定性分析中的重要性,对未来发展离心压气机鲁棒优化设计具有一定的学术意义和工程应用价值。

摘要：为了研究叶片变形对涡轮增压器用离心压气机气动性能的影响,采用流固耦合方法计算设计转速下近喘振点、最高效率点和近阻塞点三个工况处的压气机性能。研究结果表明:叶片变形主要受离心载荷的影响,其影响占比为92.11%~97.22%,叶片最大变形发生在主叶片前缘叶顶处,叶轮最大应力发生在叶轮轴孔底部;从近阻塞点到近喘振点,气动载荷引起的叶片变形不断增大,约占叶片总变形的2.78%~7.89%;变形后压气机效率和压比分别提高0.3%和0.06%,阻塞流量有所减小;发现气动载荷导致的变形方向与离心载荷导致的变形方向相反,叶片变形主要通过改变叶顶间隙来影响离心压气机的气动性能。研究成果为离心压缩机气动及预变形设计优化提供了参考依据。

摘要：针对多级轴流压气机末级静子叶片转折角大、角区分离严重、流动损失显著的问题,以某工业用6.5级轴流压气机末级静子为主要研究对象,提出了一种三维串列叶片几何参数化建模方法,能够实现对串列参数沿叶高分布规律、叶片弯掠等三维特征的灵活控制,以支持单列叶片向串列叶片的改型设计,并结合数值计算方法,开展了末级串列静子改型设计对压气机气动性能及内部流场的影响研究。结果表明:对6.5级轴流压气机,末级静子叶片由单列改为串列后,6.5级压气机设计工况绝热效率提高了0.965%,稳定工况范围有所拓宽;串列叶片缝隙区射流的流动局部加速作用能够抑制角区分离的周向和径向发展;相比机匣附近,轮毂附近串列参数的变化对压气机气动性能的影响更为显著,且周向交错度较轴向重叠度的影响更大。研究成果对多级环境下压气机三维串列叶片设计具有参考价值。

摘要：为发展高性能多级跨声速压气机先进设计体系,提出了压气机多圆弧叶型、多圆弧厚度分布叶型及修正NACA 6-系列叶型造型方法,利用NASA/GE研发的高效节能发动机E^(3)高压压气机前6.5级的准三维设计数据,建立了相应的压气机三维几何参数化模型,并通过数值模拟研究了造型压气机在多个转速下的内部流动及增压特性。结果表明:在100%设计转速近最高效率点处,造型压气机的质量流量与设计目标及与原型压气机试验结果的误差分别为0.4%和0.6%,绝热效率的误差分别为1.9%和0.9%;造型压气机模拟及原型压气机试验所得总压比均低于设计目标;前排跨声转子叶片气动负荷过大导致激波脱体严重是压气机的主要设计不足,改善叶片气动负荷分布、缓解叶片溢流是提升压气机气动性能尤其是设计点总压比的有效方法。研究成果对开展多级跨声速压气机设计优化具有参考价值。

摘要：为充分挖掘串列叶片对压气机扩稳增效的潜能,在对多级轴流压气机末级静子串列改型的基础上,选取不同叶高处前后排叶片相对位置、负载分配、弯掠特征及端壁轮廓等25个参数为设计变量,开展某工业用6.5级轴流压气机末级串列静子叶片与端壁的一体化优化设计研究,并采用随机森林方法对串列叶片几何参数进行特征重要性分析,提炼出串列参数设计指导。结果表明:优化后压气机末级在设计工况、近喘工况和近堵工况下的绝热效率分别提升4.81%、3.37%和8.195%;对于末级串列静子,最优串列参数随叶高变化而变化;调整前后叶片的弦长比与弯角比以实现串列叶片负荷前加载、调整叶片后掠与反弯以降低叶片端壁处负荷、设置叶中部分更大的周向交错度使缝隙区流体充分加速,均能有效降低末级串列叶片流动损失;串列叶片缝隙区尺寸,尤其是周向交错度,较其他参数对串列叶片性能的影响更为显著。研究成果应对压气机三维串列叶片设计具有参考价值。

摘要：针对高负荷压气机角区流动质量差、流动损失显著的问题,以NASA Rotor37为研究对象,提出了一种轴流压气机叶道几何定义与参数化建模新方法,实现了叶片、角区和端壁结构的协同设计及叶片到端壁的高阶光滑过渡,在此基础上,开展了前缘边条和叶身融合对压气机转子气动性能和内部流场影响的数值研究。结果表明,针对NASA Rotor37流道,采用该叶道设计方法对压气机转子角区改型后:绝热效率提高了0.3%,喘振裕度由11.85%增加至18.8%;下凹端壁可以帮助稳定压气机转子通流能力并减少改型过程的流量漂移;叶身融合结构在叶根处提供径向向上的压力梯度,将低能流体从叶片角区吹向主流区以减少角区流动损失,而近叶根处主流区流动损失略有增加。研究成果对发展轴流压气机先进设计方法应具有参考价值。

摘要：机匣处理作为现代高负荷压气机解决裕度不足问题的重要手段,对保障燃机运行安全性及装置技术先进性具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不足的问题,对某3.5级高速轴流压气机在新型复合沟槽式机匣处理下70%~100%设计转速范围内的四种转速进行了全三维定常数值模拟,结合低转速下光壁机匣的失稳特性重点分析了复合沟槽式机匣处理的扩稳流动机理。结果表明:复合沟槽式机匣处理显著提高了80%设计转速下的失速裕度,裕度提高了13.73%。扩稳机理为:后段槽内泄漏间歇性降低叶尖两侧压差,削弱叶顶间隙泄漏射流强度;叶顶间隙泄漏流、叶尖前缘泄漏涡以及叶片表面附面层被抽吸进入后段槽阻断旋绕从而抑制泄漏涡的形成;前段槽回流在一定范围内降低了第一级动叶进气冲角。研究工作对提高压气机性能调节技术水平具有重要指导价值。

摘要：针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点,本文以风机叶轮为对象,开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维,并在此基础上,通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR)代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法,分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明:对于风机效率,几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%;多目标优化后效率提高1.91%,全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。

摘要：级间加气是乙烯工业节能增产的重要手段,特别是百万吨乙烯压缩机加气量高达8倍于上游通流流量,对下游叶轮气动匹配及整机性能影响巨大。目前关于压缩机加气特性及与通流相互影响的研究鲜有报道。本文基于计算流体动力学方法,建立了通流部件与径向加气室内部流动的耦合模型,并以百万吨乙烯压缩机为研究对象,通过分析上一级通流特性、通流-加气侧流耦合特性、通流为射流的加气侧流特性,研究通流与侧流相互作用机理。结果表明:通流性能曲线的流动计算结果与压缩机选型程序结果吻合较好;侧流流量远高于通流流量时,通流为射流的加气侧流模型可替代复杂耗时的通流-侧流耦合模型。研究工作为压缩机级间加气的设计优化提供了快速准确的流动计算模型。