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轴流压气机转子近失速工况点叶尖区流动非定常性分析

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推进技术 2010年第5期31卷 562-566,586页

作者：吴艳辉李清鹏张卓勋楚武利张皓光西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为了揭示某轴流压气机转子近失速工况点叶尖区域流场的非定常变化及其形成机理,采用定常和非定常数值模拟方法对其内部流场进行了全三维的数值模拟。通过和已有的试验测量结果进行对比分析表明,预测的总性能及基元性能与试验结果取得了... 详细信息

为了揭示某轴流压气机转子近失速工况点叶尖区域流场的非定常变化及其形成机理,采用定常和非定常数值模拟方法对其内部流场进行了全三维的数值模拟。通过和已有的试验测量结果进行对比分析表明,预测的总性能及基元性能与试验结果取得了很好的一致性。近失速工况点的非定常模拟结果表明,压气机的总性能及叶片承受的扭矩出现了周期性的波动,其波动周期约为转子通过频率的2.5倍。进一步详细分析叶尖区流场的瞬态流动结构发现,间隙泄漏涡在近失速工况下出现了泡式破碎,破碎的泄漏涡、主流以及来自相邻叶片的间隙泄漏流相互作用形成了另外一个特征明显的旋涡(命名为叶尖二次涡)。该旋涡的形成、发展和运动是压气机的总性能出现周期性波动的主要原因。

关键词：轴流压气机间隙流泄漏涡叶尖二次涡

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涡轮叶尖流动模式和流动机理研究

推进技术 2020年第8期41卷 1730-1739页

作者：薛伟鹏张华军唐国庆曾军中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500 中国人民解放军空军驻成都地区第二军事代表室四川成都610500

采用数值模拟方法研究了涡轮叶片平叶尖和凹腔叶尖两种典型叶尖结构泄漏流动的差异,目的是获取叶尖泄漏流与端壁涡系的相互作用机理认识。识别了涡轮叶尖泄漏流动的三个主要因素:流体源、动力源和损失源,提出叶尖流动模式。结果表明:叶... 详细信息

采用数值模拟方法研究了涡轮叶片平叶尖和凹腔叶尖两种典型叶尖结构泄漏流动的差异,目的是获取叶尖泄漏流与端壁涡系的相互作用机理认识。识别了涡轮叶尖泄漏流动的三个主要因素:流体源、动力源和损失源,提出叶尖流动模式。结果表明:叶尖泄漏流动的流体源包括压力面侧高压流体、上端壁附面层流体;驱动泄漏流动的动力源为吸力面和压力面之间的横向压力梯度、叶尖与上端壁的相对运动;主要损失源为泄漏流体与主流流体高速剪切形成的泄漏涡、泄漏流体与上端壁通道涡相互作用;通道涡的"低压陷阱"是泄漏流参与通道涡发展的主要原因。

关键词：涡轮叶尖流动模式流动机理泄漏涡通道涡

1+1/2对转涡轮可调高压导叶流场及损失的数值研究

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推进技术 2012年第3期33卷 346-355页

作者：雒伟伟张磊王会社徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100190

调节高压导叶开度可以有效控制1+1/2对转涡轮流量,同时导叶的调节也伴随着一些附加损失的产生,为了使采用可调导叶获得的效益不被涡轮效率的下降抵消过多,有必要对可调导叶的流场及间隙流动进行详细的分析。通过数值研究表明,当采用可... 详细信息

调节高压导叶开度可以有效控制1+1/2对转涡轮流量,同时导叶的调节也伴随着一些附加损失的产生,为了使采用可调导叶获得的效益不被涡轮效率的下降抵消过多,有必要对可调导叶的流场及间隙流动进行详细的分析。通过数值研究表明,当采用可调导叶端部加入间隙后,在上下两端壁附近会出现高损失区。间隙泄漏流除了进口端壁的来流之外,还有一部分来自于叶片压力面的附面层,使得压力面出现明显的展向二次流。泄漏流的流量越大越容易形成泄漏涡,压力面和吸力面之间的压差是泄漏涡形成的主要动力。

关键词： 1+1/2对转涡轮高压导叶可调总压损失系数泄漏涡数值仿真

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失速工况下混流泵轮缘泄漏流的流动特性

工程热物理学报 2021年第11期42卷 2858-2868页

作者：李伟季磊磊施卫东李恩达马凌凌江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院镇江212009 南通大学机械工程学院南通226019

泄漏流干扰主流运动,也与旋转失速现象存在密切关系。本文基于SST k−ω湍流模型研究了近失速工况下轮缘泄漏流的结构形态,探究了泄漏流诱发能量损失机理以及对下游流场的影响规律。研究结果表明,失速工况下,混流泵轮缘泄漏涡轨迹出现突... 详细信息

泄漏流干扰主流运动,也与旋转失速现象存在密切关系。本文基于SST k−ω湍流模型研究了近失速工况下轮缘泄漏流的结构形态,探究了泄漏流诱发能量损失机理以及对下游流场的影响规律。研究结果表明,失速工况下,混流泵轮缘泄漏涡轨迹出现突变,部分泄漏流到达下一级叶片的前缘并溢出,泄漏流形态轨迹可以作为失速是否发生的判断依据。高速射流产生的黏性剪切应力是泄漏涡形成中高损失区域产生的主要原因,而失速工况下的回流和失速涡进一步加剧了损失。失速工况下泄漏流导致了下级叶片进口产生了高损失区,表观上也影响了端壁区流体进入导叶的入流角度。

关键词：混流泵旋转失速泄漏流泄漏涡黏性损失

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机匣仿生顶室对压气机间隙流动影响研究

工程热物理学报 2021年第9期42卷 2275-2283页

作者：徐文峰孙鹏杨国刚大连海事大学轮机工程学院大连116026 中国民航大学适航学院天津300300

动叶叶顶产生的间隙泄漏流对压气机的效率和稳定性产生明显影响。为了减小泄漏流对流道内部流场结构的影响,本文基于蜻蜓翅翼的翅室和褶皱结构,在跨声速压气机叶栅的机匣上布置仿生顶室结构。采用数值模拟方法,研究不同高度的仿生顶室... 详细信息

动叶叶顶产生的间隙泄漏流对压气机的效率和稳定性产生明显影响。为了减小泄漏流对流道内部流场结构的影响,本文基于蜻蜓翅翼的翅室和褶皱结构,在跨声速压气机叶栅的机匣上布置仿生顶室结构。采用数值模拟方法,研究不同高度的仿生顶室结构对间隙泄漏量和流动损失的影响。结果表明:流体流经仿生顶室时,顶室内部存在明显的驻留涡,抑制泄漏涡沿节距方向的发展,减小间隙的泄漏流量和流动损失;在间隙高度为2 mm情况下,仿生顶室对泄漏量和流动损失的控制效果最为明显,最佳方案能够使总压损失系数下降1.2%,间隙泄漏量降低1%。

关键词：仿生顶室间隙流动跨声速压气机叶栅泄漏涡数值模拟

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非设计条件下跨声速压气机失速机制分析

推进技术 2016年第8期37卷 1490-1499页

作者：胡加国王如根李坤何成宋昊林空军工程大学航空航天工程学院陕西西安710038

为了分析工作条件改变时跨声速压气机的失速机制,讨论叶顶泄漏和附面层分离等二次流在触发流动堵塞中的作用规律,总结在非设计条件下的压气机失速机制。研究表明,当转速增大,叶顶泄漏流量增大,泄漏涡增强;在某一转速下,主流逆压梯度增大... 详细信息

为了分析工作条件改变时跨声速压气机的失速机制,讨论叶顶泄漏和附面层分离等二次流在触发流动堵塞中的作用规律,总结在非设计条件下的压气机失速机制。研究表明,当转速增大,叶顶泄漏流量增大,泄漏涡增强;在某一转速下,主流逆压梯度增大,泄漏流量先增大后减小,泄漏涡则一直增强。在低转速下,附面层的分离和潜流主要由气流攻角引起,高转速下主要由激波与附面层干涉引起,主流逆压梯度增大使分离和潜流增强。压气机失速的触发原因是叶顶通道堵塞,由泄漏涡破碎和径向潜流两个因素对应引起位于叶顶通道的压力面前缘和吸力面尾缘的两个堵塞区。在75%～105%换算转速,泄漏涡破碎引起的压力面前缘的堵塞是压气机失速的主要触发因素;换算转速小于75%或大于105%时,径向潜流引起的压力面尾缘的堵塞是主要触发因素。

关键词：跨声速压气机换算转速泄漏涡径向潜流失速机制

一种改进的压气机叶尖泄漏流堵塞预估模型及数值验证

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航空动力学报 2011年第5期26卷 1104-1110页

作者：程朝青崔健李志平龚一方李秋实北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

基于压气机叶尖间隙内的流动为Couette流动的实际情况,改进了适用于低速压气机的麻省理工学院Khalid叶尖泄漏堵塞预估模型;同时考虑叶尖泄漏流经过激波后堵塞迅速增加,发展了适用于跨声速压气机的叶尖泄漏流堵塞预估模型.对某低速轴流... 详细信息

基于压气机叶尖间隙内的流动为Couette流动的实际情况,改进了适用于低速压气机的麻省理工学院Khalid叶尖泄漏堵塞预估模型;同时考虑叶尖泄漏流经过激波后堵塞迅速增加,发展了适用于跨声速压气机的叶尖泄漏流堵塞预估模型.对某低速轴流压气机单转子、跨声压气机单转子进行全三维黏性数值模拟,将计算得到的叶尖泄漏堵塞量与模型预测得到的堵塞量进行对比,结果表明此模型较Khalid模型能够更加准确地预测低速压气机的堵塞,同时能够用于预测跨声压气机叶尖泄漏流堵塞.

关键词：压气机叶尖间隙泄漏流泄漏涡堵塞

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转子叶尖端壁失速特性试验研究

推进技术 2015年第5期36卷 722-728页

作者：马彩东李应红吴云宗豪华张志波空军工程大学等离子体动力学重点实验室陕西西安710038

为了研究转子叶尖端壁的失速特性,对一台单级低速轴流压气机进行了节流特性试验,采用转子叶尖端壁弦向布置动态压力传感器的方法测得了整个节流过程的动态压力信号,并对其进行壁面压力谱分析及均方根压力脉动分析。结果表明:压气机逼近... 详细信息

为了研究转子叶尖端壁的失速特性,对一台单级低速轴流压气机进行了节流特性试验,采用转子叶尖端壁弦向布置动态压力传感器的方法测得了整个节流过程的动态压力信号,并对其进行壁面压力谱分析及均方根压力脉动分析。结果表明:压气机逼近失速的过程中泄漏涡的轨迹及触发点的位置逐渐向转子前缘移动,失速时泄漏涡轨迹从邻近叶片通道的转子前缘溢出;压气机向深度失速逼近的过程中失速团的周向尺度增大,退出失速的过程中周向稳定为两个失速团,其周向尺度逐渐减小但失速团的转动频率保持不变约为30Hz,并在退出失速前3个转子周期两个失速团合并为单个失速团。

关键词：轴流压气机节流特性转子泄漏涡失速团

不同转速下叶尖间隙流对跨声速压气机失速的影响

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推进技术 2016年第9期37卷 1657-1663页

作者：何成王如根胡加国李坤宋昊林空军工程大学工程学院陕西西安710038

为了研究不同换算转速下叶尖间隙流对转子失速的影响,对不同工况下叶尖间隙流动的特点进行了分析,讨论了压气机转子叶顶两个低速区的形成机理,以及该转子在多种换算转速下的失速机制。研究表明,转子失速是近压力面前缘和吸力面尾缘两个... 详细信息

为了研究不同换算转速下叶尖间隙流对转子失速的影响,对不同工况下叶尖间隙流动的特点进行了分析,讨论了压气机转子叶顶两个低速区的形成机理,以及该转子在多种换算转速下的失速机制。研究表明,转子失速是近压力面前缘和吸力面尾缘两个低速堵塞区共同作用的结果。二者的形成都与泄漏涡关系密切,前者是泄漏涡受激波干扰破裂而形成,后者是吸力面气流在泄漏流、吸力面二次流以及激波相互作用下而形成。不同换算转速下压气机失速机制不尽相同：在70%~100%换算转速,压气机叶顶失速主要是由于叶尖泄漏涡与激波相互作用而破裂;在115%换算转速,失速的主要触发因素为径向涡导致吸力面附面层低速气流向叶顶堆积。

关键词：跨声速压气机换算转速叶尖间隙泄漏涡失速机制