摘要：气流绕过可控扩散叶型(CDA)叶片前缘时,前缘局部的突然膨胀加速与减速压缩过程对叶表边界层发展有重要影响。前缘曲率对局部绕流影响尤为突出,恰当的曲率连续设计可以大幅改善前缘局部绕流对边界层发展的负面影响。本文在叶栅实验中采用叶表静压与粒子图像测速技术(PIV)测量了不同前缘形状的CDA叶片在前缘附近的流动。实验结果与数值模拟分析表明,曲率连续前缘的叶表静压升系数的压力尖峰相比圆形、椭圆形前缘更小;PIV获取的气流在绕过圆形前缘后边界层各项厚度参数的发展变化和前缘压力尖峰有紧密联系。不同的前缘形状和攻角大小都会影响叶表边界层的起始状态,进而影响叶型性能。

摘要：通过理论推导将边界层总压损失与附面层能量损失厚度、主流速度及密度等参数相关联,用于计算叶型任意位置边界层流动损失大小,并使用数值模拟软件MISES以及CFX完整地校验了该损失分析方法的可靠性,利用该损失提取方法处理了MISES及CFX计算结果,分析了一个典型跨声速叶型吸力面和压力面边界层损失在叶栅内部的发展过程及其随进口气流角的变化规律,从而揭示了该跨音叶型边界层损失的主要来源,为叶型优化设计提供了基础理论支持。

摘要：采用数值模拟方法研究了圆弧形、椭圆形和曲率连续无吸力峰前缘对叶型附面层发展的影响规律。通过提取不同工况下叶面附面层参数并结合叶表附面层速度型的变化,发现前缘吸力峰对叶型性能的影响本质在于吸力峰影响了附面层的起始发展状态。前缘吸力峰扩压参数D_(spike)过强会导致附面层起始发展状态恶化,造成提前转捩,甚至出现分离泡,叶表附面层迅速增厚,叶型损失增大,可用攻角范围减小。研究还表明,所设计的曲率连续无吸力峰前缘在任意工况总可以消除吸力面或压力面近前缘的吸力峰,从而使得叶表附面层的起始状态优于其它前缘叶型,因此气动性能要更好。

摘要：对某型带支板超紧凑涡轮级间过渡段进行了数值模拟,讨论了综合评价过渡段气动性能的方法,分析了超紧凑过渡段内典型流动特征,并针对该超紧凑过渡段进行了改型设计。结果表明,考虑压缩性、面积比、出口面选取等影响因素的扩压效率计算能更加合理的描述过渡段扩压性能;超紧凑过渡段中机匣流动分离以及支板表面径向流动较强,从而形成复杂的二次流动结构,导致超紧凑过渡段内流动损失增加,是超紧凑过渡段内典型的流动特征;通过优化机匣和轮毂局部曲率,同时合理调整支板厚度分布和流向面积分布,优化设计后的超紧凑过渡段叶栅效率提高了4%,扩压效率提高了10.8%,出口面二次流动能减小了38%。

摘要：针对静子基元叶型低速模拟问题,分析了高低速转换过程的设计准则,提出对于静子叶型低速模拟需要保持出口气流角不变。根据设计准则,利用一维等熵假设,推导出基于低速叶型喉道宽度的约束模型,分析了关键设计参数的计算方法。利用分析结果,进行了一组高速静子CDA叶型的低速模拟,数值计算结果显示,低速模拟叶型的损失特性,落后角特性与高速原型趋势较为一致。分析发现喉道约束模型计算的喉道宽度与低速叶型实际值相对误差较小。在低速模拟过程中,喉道约束模型可以指导低速叶型最大厚度等参数的调整,从而减少设计迭代次数。

摘要：为了研究压气机在不同工作转速下失稳形式的不同,进而研究不同失稳先兆的发生机理,针对一台跨声速压气机在不同转速下的失稳过程进行了实验研究。分别在转子叶尖机匣、静子出口布置了高频响动态压力探针对压气机失稳过程进行实时监测和实验数据采集,采用FFT(Fast Fourier Transform)、WFT(Window Fourier Transform)、滤波等数据处理方法对实验数据进行频域和时域分析,得到了压气机在不同转速下流动失稳的变化规律。实验结果表明:随着工作转速的升高,该压气机的失稳过程也会发生改变,在低转速(亚声速)下表现为经典Spike引起的旋转失速,如65%设计转速;而在高转速(跨声速)下则表现为一种新型的失稳过程,由一种发生在近轮毂区域的低频、轴对称、大幅值的扰动诱导了失稳,如88%设计转速。这种失稳先兆被称为局部喘振。两种失稳模态之间的相互转换存在一个临界转速(约为78%设计转速),在临界转速下,局部喘振几乎与旋转失速同时发生。

摘要：不同维耦合数值模拟对带冠涡轮的设计评估具有重要意义,能够兼顾计算效率和计算精度进而缩短工程设计周期。本文建立了考虑质量、动量、能量等关键特征且能够预测泄漏流的二维分布特征的叶冠流动低维模型,并对进口腔流动进行了针对模化。基于该模型开展了带冠涡轮多维耦合计算研究,对提出的模型和方法进行了校验。结果表明发展的叶冠模型及在其基础上的多维耦合计算方法能够对带冠涡轮流场和性能进行合理的预测。

摘要：高负荷压气机设计参数的选择由于超出了常规负荷压气机设计参数的选择区间,有必要进行系统的分析以确定其关键气动和叶片几何造型参数的选取原则,从而保证其综合性能能够达到较优的状态。本文首先通过数值模拟方法,建立了基于CDA叶型的覆盖高负荷压气机叶型设计参数选择区间的数值数据库,发展了一套高负荷压气机叶型的损失评估模型,并建立了针对高负荷压气机设计参数合理化选取的低维分析方法。在此基础之上,分析了不同负荷水平的压气机基元级关键气动和叶型造型几何参数对基元级性能的影响。重点分析了在确定级负荷水平下,基元级进口预旋、反力度和叶片稠度选择对压气机效率和裕度的影响,并以此为依据初步确定了这些参数在高负荷压气机设计时的合理化选择区间。研究表明,对于超高负荷设计的压气机基元级,静子的设计难度更高,对压气机效率和稳定性的影响更为明显。

摘要：考虑到串列叶片具有比常规叶片更多的设计自由度,于是为建立一个包含主要设计参数的串列叶片性能评估模型,本文发展了一套串列叶片损失低维评估方法。首先利用数值模拟方法确定了串列叶片的主要损失来源,并定量分析了不同损失来源占总损失的比重,发现前叶尾迹损失不可忽略。在此基础上,建立了计及前叶尾迹损失的串列叶片损失模型并与数值结果进行了校核。结果表明,前叶尾迹损失是型面损失的重要部分并且损失模型能够较好地预测串列叶片不同损失来源。因此,发展的模型可以作为串列叶片性能评估以及参数化设计的重要工具。

摘要：基于微型离心叶轮非绝热边界假设,通过对其内部实际换热过程的详细分析,合理将叶盘、叶片换热等效为环肋、直肋换热,重构了微型离心叶轮的换热过程;根据导热微分方程和肋片散热方程,对叶轮内部热传导及对流换热过程控制方程进行了适应性修正;采用全三维数值模拟与模型预估结果进行对比,结果表明:较之零维热网络模型,该模型能够将预估精度至少提高4%;原有只在三维仿真阶段考虑热边界影响的非绝热压气机设计方法相比,结合了该模型的设计方法,可将各自最佳效率点压比和效率分别提高11%和30%,同时,设计周期降为原有方法的14.3%。