摘要：针对S2流面求解的通流计算方法与全三维黏性求解的计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法是叶轮机械气动设计与分析的主要技术手段。该文基于一套自主开发的流线曲率法通流计算程序,建立了适用于多级高负荷轴流压气机的通流与CFD一体化优化设计方法。该方法由通流与CFD一体化气动分析方法和基于改进智能优化算法的设计优化方法构成。研究将其应用于某跨音三级压气机中,对其中的跨音动叶边界层分离流动问题进行合理定位。针对第一级动叶(R_(1))与第三级动叶(R_(2))开展优化设计,分别获得了三级压气机效率提升0.1%和0.3%的优化设计方案。研究表明,该方法能够实现通流与CFD分析方法优势互补,同时把握气动布局设计与细节流场结构特征,从而高效定位压气机气动性能与流场结构问题及其与叶型设计或气动布局的关联,指导优化设计方向。

摘要：本文针对某三级高负荷轴流压气机开展数值研究,获得并分析其在设计工况下的总体气动性能以及各级性能的匹配特性。采用商业软件NUMECA作为CFD计算工具,并结合实验结果对数值方法进行验证。分析表明,网格无关性能够满足当前气动性能分析要求,设计转速与设计点性能计算结果与实验符合较好。第三级,特别是静叶,表现出较大的损失以及与堵塞和失速现象的强相关性。在设计点处,OGV出现严重的端区损失,混合面方法对动叶出口间隙损失计算影响显著。

摘要：跨音压气机是实现先进燃气轮机压气机高负荷要求的重要技术手段,在显著提高平均级压比的同时,引入了激波等复杂流动结构.本文针对某三级跨音轴流压气机开展数值研究,获得并分析其在设计转速和设计点条件下的气动性能和流场细节.结合试验数据对计算流体力学(CFD)计算结果的可靠性进行验证,并探讨网格参数等因素对计算结果的影响,进而获得在有限计算资源条件下准确度足够高的数值方案.其中,设计转速特性曲线与设计点径向分布定性、定量吻合良好,流量偏差小于1%,效率偏差小于1个百分点.本文详细总结各级动、静叶扩压能力、损失水平的变工况与径向分布规律,确定第三级动、静叶在设计点和变工况条件下均存在不同程度的流动问题,且与堵塞和失速现象的发生存在强相关性.结合具体流场结构分析,设计点处第三级动叶中间叶高出现波前马赫数峰值,进而出现激波诱导的边界层分离泡;第三级静叶具有较差的变工况性能,其叶根角区失速是定常雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)计算条件下该压气机的失速形式.

摘要：本文基于S1流面平均流线曲率变化规律,提出了一种用于跨音动叶落后角修正的理论方法。经典亚音叶栅落后角模型与跨音修正方法缺乏激波结构参数的指导,在气流折转与做功能力预测方面误差范围较大。本文以经典的跨音修正思想为基础,将亚音与跨音条件下的落后角差异描述为S1流面波后横向压力梯度驱动下的平均流线曲率变化的结果,建立了设计点附近跨音流动落后角的理论模型以及经验公式。上述方法应用于自主开发的流线曲率法二维通流计算程序中,针对某多级轴流压气机开展第一级跨音动叶(R1)的落后角修正研究,获得了与试验数据及CFD计算结果吻合良好的预测效果。