大功率舰船燃气轮机压气机增容模化设计研究

某重点项目的船用燃气轮机领域提出了更高等级功率燃气轮机的要求。为了在研制周期内快速设计一型压气机,以现有机型为母型机进行模化设计,在母型机特性图上合理选择模化点,确定模化比,得到增容后模化机的叶片和几何通流结构,划分网格时,充分考虑叶顶间隙、倒角、引气孔、梳齿密封等,以更接近于工程实际情况,对模化机进行全三维数值模拟计算,结果表明,模化机设计点性能指标达到要求,非设计工况喘振裕度基本与母型机相同,模化后叶顶相对间隙的降低会带来阻塞点流量的升高、失速点流量的降低,导致低转速下喘振裕度的升高和高转速下喘振裕度的降低。总体来说,模化增容设计继承了母型机优良的气动性能,为快速、高效研发新机型提供宝贵经验。     

雷诺数对轴流风扇/压气机性能和稳定性的影响

介绍了一种预估轴流风扇／压气机特性和不稳定边界的方法。该方法采用考虑雷诺数影响的“基元叶栅法”计算轴流风扇／压气机特性，并利用C．C．Koch提出的“有效静压升系数法”预估轴流风扇／压气机的不稳定边界。为了验证方法的可行性，本文模拟了从地面到20 000m高空的雷诺数变化，对一个五级高压压气机在不同雷诺数下的特性及稳定性进行了计算分析。计算结果表明，轴流压气机的特性和稳定性都随雷诺数的降低而下降。     

轴向间距对压气机稳定性的影响

对低速轴流压气机五个轴向间距下的压气机特性进行了试验.通过试验分析了轴向间距对压气机失速点流量,以及对压气机工作于多团旋转失速流量范围的影响,论证了静子在轴流压气机中具有抑制扰动波发展以及增强气动稳定性的作用.实验结果表明,随着转静子之间轴向间距的减小,静子的增稳作用增强,压气机的失速流量减小.     

高负荷吸附式压气机叶栅开槽方案实验研究

在低速条件下对三种吸气槽方案的高负荷吸附式压气机叶栅进行了详细的实验研究.通过墨迹流场显示法对叶栅壁面流场进行了测量,利用五孔气动探针对叶栅出口截面进行了扫掠,并对不同叶高的型面静压进行了采集,详细分析了全叶高吸气方式和两种局部吸气方式对叶栅流场结构和负荷能力的影响.结果表明,采用吸力面两端吸气对抑制角区分离流动、减弱通道涡强度和尺度、提高叶栅内流动性能的效果要优于其它两种方式,积聚在角区的低能流体由于较大的吸气量而被大量吸除是性能改善的关键.     

风扇/增压级带间隙三维粘性流场数值模拟

使用三维数值模拟软件NUMECA(Numerical Mechanics Application)对双涵道风扇/增压级带转子叶尖间隙的粘性流场进行了三维定常流动数值模拟,获得了其设计转速下的流场特性.结果显示,随着外涵背压的升高,风扇顶部激波后阻塞区周向和轴向尺寸增大,激波变形加剧,继续提高外涵压比,则外涵效率和进出口流量下降.内涵背压的升高,使内涵各转子叶片顶部的泄漏流动影响范围向上游扩散.内涵背压过高,效率和进出口流量同样会有下降的趋势.同时通过和实验结果的比较表明,数值模拟软件模拟的风扇/增压级的三维定常粘性流场能够较真实的反映出转子叶尖间隙泄漏流场的结构特征,以及间隙对流场参数的影响.      

跨声速压气机实验系统Helmholtz频率的影响因素及估算方法研究

针对压气机实验系统 Helmholtz共振频率的研究对于建设压气机试验系统及研究压气机流动不稳定现象均有重要意义。以北京航空航天大学跨声速压气机试验系统为背景,通过拆除该压气机试验系统的稳压箱、格栅等部件以及更改该试验系统的几何尺寸,分析该型压气机试验系统 Helmholtz 共振频率的影响因素;同时引入了Duct-Compressor-Plenum模型理论,对该压气机试验系统进行相应的模化,并对其系统 Helmholtz 共振频率进行相应估算。结果表明:在该类型的跨声速压气机试验系统中,压气机前端的稳压箱及稳压箱之前部分主要作用是为整个试验系统提供均匀的进气环境,而对系统 Helmholtz 共振频率不产生任何影响。因此,在跨声速压气机试验系统Duct-Compressor-Plenum模型模化过程中,不应将稳压箱及其之前部件进行模化。     

基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测

为了得到压气机工作状态的稳定观测点,并建立压气机近喘失速工作状态与压气机压力信号的相关关系,本文针对低速双级轴流式压气机,分别进行了均匀进气及畸变进气条件下不同转速的近喘失速试验,实时动态测量标定压气机由正常工作到失速工况下压力信号,并在时域内提出了一种基于自相关系数的压气机失速预测算法,对进口、出口以及压气机首级转子叶尖位置压力信号预测分析。结果表明所提出的预测算法具有良好的失速预测能力,且发现叶尖处离叶片前缘20%的位置,最适宜作为压气机失速预测的观测点,此时压气机叶尖压力自相关性数据与压气机喘振裕度具有明显的单调相关性。     

离心压气机转子内近端壁区三维紊流流场

用三维激光多普勒测速系统测量研究了一个离心压气机转子近端壁区三维紊流流场。结果表明,整个叶片通道内叶背角区存在角涡及其伴随涡,叶盆角区存在前缘马蹄涡的叶盆分支,它们的发展、演化较大地影响着附近区域的流动,是造成了所在区域流动阻塞和气流脉动的主要因素。前缘马蹄涡叶背分支沿下游逐渐向叶盆方向发展,与端壁附面层和主流的进一步掺混,并在约 1 /2叶片通道处的叶盆角区与前缘马蹄涡的叶盆分支发生交混,在下游造成一定强度的流动阻塞和紊流脉动带。      

畸变进气下压气机叶片非定常载荷的数值模拟

为了分析畸变进气在轴流压气机转子叶片表面产生的非定常激振力，采用二维无粘线化非定常流理论，建立了周期性气流条件下叶片表面非定常气动力的计算模型，根据实测的畸变实验数据，对某发动机的第一级叶片表面非定激振力进行了计算分析，结果表明在叶片的不同径向位置，非定常压力的分布规律不完全相似，而作用在叶片表面总的非定常气动力在叶尖部位最强。     

不均匀进气对压缩系统稳定性影响的逐级动态响应模型研究

发展了一种分析进口畸变对多级轴流压气机影响的逐级动态响应模型。采用动态压缩系统模型和动态加载技术,建立了一种压缩系统气动稳定性分析的新方法。应用新的模拟方法对一８级跨声多级压气机进行了详细的数值分析。结果表明,所发展的逐级动态响应模型更合理和可靠。基于流动阻塞,给出了一种更为迅速的压缩系统失稳识别方法。