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斜流泵叶顶间隙流动及周向槽机匣处理研究

斜流泵叶顶间隙流动及周向槽机匣处理研究

作者：孙亚伟天津理工大学

学位级别：硕士

城市洪涝灾害频发,严重威胁着市民安全。因此,具备大流量、高扬程的应急排水装置对于控制洪涝起到关键作用。斜流泵是应急排水装置的核心,又称为导叶式混流泵,因其流道结构和性能参数介于轴流泵和离心泵之间,所以它既拥有两者的优点,又... 详细信息

城市洪涝灾害频发,严重威胁着市民安全。因此,具备大流量、高扬程的应急排水装置对于控制洪涝起到关键作用。斜流泵是应急排水装置的核心,又称为导叶式混流泵,因其流道结构和性能参数介于轴流泵和离心泵之间,所以它既拥有两者的优点,又补偿了两者的缺点,是一种效果较为理想的水泵。斜流泵具有流量大、效率高、抗气蚀能力强、运行范围广等优点。但在运行过程中存在如失速、叶顶泄漏流、二次流等不稳定现象,其严重影响了水泵运行稳定,使水泵性能下降。因此,将用于压气机扩稳的机匣处理方法运用到斜流泵中,使斜流泵更加安全、高效、稳定的运行是十分必要的。本文针对一大流量斜流泵计算模型在设计转速下的计算结果与试验结果对比进行了准确性校核,在保证了本文数值模拟准确性的基础上,先对实壁机匣下的斜流泵进行了数值模拟仿真,重点分析了斜流泵在不同转速工况以及不同叶顶间隙情况下的性能变化和内部流场变化,探究斜流泵叶间流动机理,为机匣处理奠定理论基础。再在实壁机匣泵的基础上进行周向槽机匣处理,探究机匣处理的扩稳机理以及不同情况下的处理槽对于扩稳结果的影响原理。研究发现,实壁机匣斜流泵在变转速工况计算时,高转速下的实壁机匣泵拥有更大工作范围,总体性能更好。不同叶顶间隙下实壁机匣泵计算时,间隙较小的泵工作范围更广,总体性能更好,大间隙时,提前出现了“驼峰”现象。在基于之前对实壁机匣性能及流场的分析,为抑制叶顶泄漏流从而提高水泵的性能和运行稳定性,本文选取设计间隙(1mm)时的水泵计算模型首先进行了不同数量形式的不同位置周向槽机匣处理研究,通过两种数量形式的周向槽合理的对不同位置机匣处理的处理效果做了充分的对比分析,从而发现叶片前缘位置为最佳处理位置,三槽的处理效果优于单槽。同时在得出最佳处理位置的基础上,对不同叶顶间隙的实壁机匣泵进行周向槽机匣处理,比较各间隙下相比实壁机匣的扩稳提升幅度,寻求机匣处理的最佳间隙,得到了设计间隙为最佳处理间隙,大间隙次之,小间隙最差。最后,对设计间隙下的周向槽进行参数化数值模拟研究,发现槽宽对于周向槽扩稳能力的影响较大,槽深和槽间距对其的影响较小。本文为斜流泵机匣处理的研究提供一定的参考。

关键词：斜流泵叶顶间隙运行失稳数值模拟周向槽机匣处理

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带周向槽机匣处理的离心压气机扩稳机理分析

推进技术 2007年第4期28卷 383-387页

作者：高鹏楚武利吴艳辉邓文剑西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

机匣处理能够改善压气机稳定裕度,扩大其稳定工作范围。通过对带周向槽机匣处理的NASA低速离心叶轮(LSCC)进行了时间精确的全三维数值模拟,并对周向槽机匣结构和实壁机匣结构在近失速流量点工况下的计算结果进行了比较分析。分析结果表... 详细信息

机匣处理能够改善压气机稳定裕度,扩大其稳定工作范围。通过对带周向槽机匣处理的NASA低速离心叶轮(LSCC)进行了时间精确的全三维数值模拟,并对周向槽机匣结构和实壁机匣结构在近失速流量点工况下的计算结果进行了比较分析。分析结果表明,周向槽处理机匣对叶顶间隙泄漏涡的抑制是周向槽机匣处理扩稳的主要原因。

关键词：压气机周向槽机匣处理顶部间隙泄漏涡^+

基于正交试验的跨音压气机叶型和周向槽机匣处理参数化研究

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工程热物理学报 2014年第9期35卷 1713-1716页

作者：周小勇赵庆军徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100190 中国科学院轻型动力重点实验室北京100190

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对... 详细信息

本文针对一高负荷跨音压气机,采用正交试验设计的方法研究了周向槽机匣处理槽深、叶顶间隙和叶顶叶型安装角对压气机失速裕度和峰值效率的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响失速裕度和峰值效率的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使单项试验指标最优和兼顾两项试验指标的各因素水平组合方案。通过对流场的分析表明,优化后的方案抑制了叶顶区域泄漏涡和激波相互作用所引起的低速区,缓解了叶顶区域的堵塞,使压气机的失速裕度提高.同时周向槽内的流动及其与主流的掺混造成叶顶区域流动损失增加,峰值效率降低。

关键词：跨音压气机周向槽机匣处理正交试验

倾斜周向槽机匣处理对跨音速压气机流动特性的影响

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汽轮机技术 2019年第2期61卷 101-104,157页

作者：徐昂史磊卿光辉史强姚卡中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 国营芜湖机械厂芜湖241007 辽宁福鞍燃气轮机有限公司鞍山114001

为研究倾斜周向槽机匣处理对跨音速轴流压气机稳定性的影响,以Rotor37为研究对象,通过数值模拟方法对比研究了径向与倾斜周向槽的扩稳效果。结果表明:在设计转速下,采用3种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度;径向周... 详细信息

为研究倾斜周向槽机匣处理对跨音速轴流压气机稳定性的影响,以Rotor37为研究对象,通过数值模拟方法对比研究了径向与倾斜周向槽的扩稳效果。结果表明:在设计转速下,采用3种不同形式的周向槽机匣处理都能够提高压气机的稳定裕度;径向周向槽时稳定裕度提高5.08%,周向槽后倾时提高6.1%,前倾时提高3.75%;径向形式时转子效率最高,前倾形式次之,后倾形式槽内周向环流更复杂,能量损失最大,效率最低。当周向槽轴向倾斜方向不同时,会使周向截面、泄漏流和槽内流动发生变化,对压气机的稳定裕度和效率造成影响。

关键词：周向槽机匣处理跨音速轴流压气机数值模拟倾斜稳定裕度

跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究

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科学技术与工程 2018年第28期18卷 164-169页

作者：何文博史磊中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%... 详细信息

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%、30%、40%、50%相对弦长处。数值计算结果表明:原始光壁压气机转子的失速原因为叶尖泄漏流动引发的低速区对于尖部叶片通道的堵塞,其稳定工作裕度为14.74%。采取的周向槽机匣处理能够改变转子叶尖流动堵塞状况。当机匣处理起始位置位于30%相对弦长时,压气机转子稳定工作裕度的提升量最大,相比原始压气机转子的稳定裕度提高了1.86%。

关键词：跨声速压气机周向槽机匣处理叶尖泄漏流动稳定工作裕度

周向槽结构参数对超临界二氧化碳离心压缩机性能影响研究

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天津理工大学学报 2024年

作者：王艳露童志庭樊岳路祥宾天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

机匣处理技术可以有效增加压缩机的失速裕度。本文研究了周向槽结构参数对超临界二氧化碳离心压缩机性能的影响。在分离涡处放置周向槽。对周向槽的不同槽宽进行对比发现，周向槽槽宽越接近分离涡大小，处理效果越好。槽宽一定，对比不... 详细信息

机匣处理技术可以有效增加压缩机的失速裕度。本文研究了周向槽结构参数对超临界二氧化碳离心压缩机性能的影响。在分离涡处放置周向槽。对周向槽的不同槽宽进行对比发现，周向槽槽宽越接近分离涡大小，处理效果越好。槽宽一定，对比不同槽深的周向槽发现，周向槽槽深的取值存在最优解。通过计算流体运动学（computational fluid dynamics， CFD），对比机匣处理后离心压缩机的失速裕度情况，选出处理效果出众的周向方槽结构参数。结果表明当槽宽为17mm槽深为4mm时，周向方槽机匣处理优于其他槽深，失速裕度为5.17%。

关键词：超临界二氧化碳离心压缩机周向槽机匣处理失速裕度

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带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

计算机仿真 2008年第12期25卷 332-336,345页

作者：高鹏楚武利吴艳辉李强西北工业大学动力能源学院陕西西安710072

机匣处理技术是工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段。然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况。现提出一种在周向槽机匣处理的... 详细信息

机匣处理技术是工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段。然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况。现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的压气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理。

关键词：离心压气机周向槽机匣处理放气二次流动数值模拟