摘要：针对高负荷轴流压气机端壁角区分离问题,提出了一种多局部控制端壁二次流、适用于多工况的端壁造型方法,在选取参数的同时考虑结合优化,通过少量参数来控制型面变化。该方法的思想是定义对端壁二次流有不同影响的表面单元,然后通过几何叠加的方式将它们的影响组合起来。而后将该方法应用到多目标优化设计中。优化结果表明:高负荷叶栅的总压损失系数在设计点降低0.03,大攻角点降低0.05时,与传统方法相比,新方法的优化设计过程收敛更快,计算时间更短。最优造型设计规律是在叶片通道内构造一个吸力侧上升、压力侧下沉的端壁面,同时局部抬高吸力面角区,前缘至凸起部位上坡平缓。流场分析表明,该方法在控制变量较少的情况下,对端壁几何形状产生了清晰直观的影响。同时有效结合表面单元在二次流控制中的作用,抑制角区分离。由此可见,新开发的端壁造型优化设计方法与以往的研究相比具有一定的优势。

摘要：为改善轴流压气机性能,抑制角区分离,采用数值模拟方法探究端壁造型(PEW)与附面层抽吸(BLS)两种流动控制措施在不同工况下对高负荷压气机叶栅的气动性能影响。使用神经网络作为代理模型,采用多目标遗传算法进行全局寻优,选取得到的5种最优端壁造型结构,与3种不同弦长位置的抽吸缝进行组合。结果表明:兼顾设计工况及近失速工况叶栅气动性能,采用吸力面70%弦长位置抽吸与通道前中部下凹、近压力面上凸的造型组合最优。设计工况下,附面层抽吸抑制了弦长中部转捩泡的生成,有效降低了尾迹损失,此时最优组合减小了12.7%的总压损失。近失速工况下,端壁造型通过控制端区横向二次流,缓解堵塞,抑制了角区分离进而降低尾迹损失,此时最优组合减小了15.5%的总压损失。

摘要：针对端壁造型设计在减少二次流损失的同时会影响轮缘密封的封严等问题,采用数值求解三维URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和SST湍流模型的方法,研究了动叶前缘下端壁5种造型对轮缘密封流场和封严效率及动叶气动性能的影响;数值分析了轮缘密封的封严效率,并与实验数据比较,验证了数值方法的准确性。对比了5种动叶前缘端壁造型结构的轮缘密封封严效率和动叶气动性能,结果表明:动叶前缘端壁造型会影响局部的压力分布,进而影响轮缘密封封严效率;与轴对称端壁相比,凸壁面端壁造型使动叶前缘高压区前移,提高了轮缘间隙处主流周向压力波动,导致最小封严气量需求增加23%以上,而凹壁面端壁造型降低了局部压力和主流的周向压力波动,能够使最小封严气量减小14%以上;凹壁面端壁造型使得动叶流道内的通道涡扩大,级效率降低。

摘要：对一项新的设计技术—端壁造型技术的发展历史进行了回顾。端壁造型技术可以降低端壁区二次流损失,其提高效率的作用已经在涡轮中得到了广泛的验证,相关结论可以直接被工程采用。端壁造型技术在压气机中的研究虽晚于其在涡轮中的研究,但最新研究表明:端壁造型在改变跨音压气机激波结构,改善压气机稳定工作裕度,以及降低静叶角区分离等领域能够发挥一定作用。端壁造型技术反应了人们利用复杂型面来提高叶轮机械性能的研究趋势,值得研究者在未来开展更深入的研究。

摘要：采用商用计算流体力学软件CFX,湍流模型采用标准k-w两方程湍流模型,叶型为单涡轮动叶叶片,应用数值模拟方法研究了弧形端壁造型对动叶泄漏流动及涡轮气动性能的影响。数值研究结果表明:适当优化的弧形端壁造型可以改善泄漏涡和通道涡作用状况、提高出口总压和改善气流角分布、降低叶顶间隙泄漏和提高效率。最优端壁造型可以减少间隙泄漏0.27%,提高效率0.77%。在变攻角下,最优端壁造型效率最高点出现在设计攻角下,但攻角变化越大,间隙泄漏流动越少。

摘要：基于Langston叶栅的数值计算结果,详细分析了原始模型尾缘端区的流动特征,设计了一种新型端壁造型并对其进行优化,将新型端壁模型与原始模型的流动现象进行对比评估,并深入讨论了两者的流动机理。结果表明:新型端壁能够抑制双子涡和尾缘端区尾涡的产生,消除端壁源点,端壁压力分布更为均匀,疏导了尾缘端区的低能流体,流动死区大大减小,流动得到明显改善,同时尾缘端区的总压损失系数及相对熵增下降。

摘要：基于透平叶栅简化前缘模型的数值模拟结果,分析了原始模型端区的流动与传热特性,建立了一种新型类壁角端壁造型,对比评估了新型端壁模型、带前缘壁角模型与原始模型的流动与传热现象。结果表明:类壁角端壁造型的使用能够使端壁压力分布更加均匀;前缘滞止位置的低能流体在端壁压力的诱导下偏向主流,马蹄涡强度也随之减小;相比于带前缘壁角模型,新型端壁模型能够消除端壁与前缘壁角间的曲率间断线,疏导前缘两侧的堆积流体,抑制高强度角涡的产生,使壁面传热能力减弱。

摘要：本文对一台多级压气机进口级转子的四种不同轮毂造型进行了比较研究。通过三维数值模拟证明,不同轮毂造型对跨声速压气机转子的流场有明显的影响,从而影响转子设计点性能。研究结果表明:与传统的直线轮毂型线相比,凹形轮毂能够提高流通能力,提高转子的加功量,使得跨音转子的流量上升,根部流场改善,效率上升;凸型轮毂会降低流通能力,降低加功量,使得跨音转子的流量、压比、效率均下降;轮毂型线对子午流面产生的影响,主要体现在对激波位置的影响和径向流动的影响;在效率和负荷之间权衡,本文最终认为采用S型轮毂是一种比较合适的选择。