跨音级轴流压气机转子轮毂非轴对称造型研究
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跨声速轴流压气机不同工况下转子激波与导流叶片尾迹相互干涉研究沙心国;杨策;王虎;陈山【摘要】应用3维黏性流动计算软件Fine/Numeca,对某型1.5级跨声速轴流压气机进行内部流场和全工况特性数值模拟,得到该压气机特性曲线。
在最高效率点和近失速点,在2种质量流量下,对压气机内部流场进行非定常对比计算,分析了在质量流量变小时,压气机内部流场的变化情况。
%The numerical simulation of internal flow and overall performance for a 1.5 stage transonic axial flow compressor was conducted by three dimensional viscous flow calculation software Fine/Numeca.The characteristic curves of the transonic axial flow compressor were obtained.The unsteady calculation of compressor internal flow was conducted at the maximum efficiency point and near stall point at two mass flow.The variations of the compressor internal flow were analyzed when the mass flow reduced.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2011(037)003【总页数】4页(P59-62)【关键词】跨声速;轴流压气机;进口导流叶片;激波-尾迹干涉;数值模拟【作者】沙心国;杨策;王虎;陈山【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191 ;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】V231.30 引言压气机是航空发动机的关键部件之一,其性能的优劣直接影响发动机总体特性。
考虑封严容腔的涡轮非轴对称端壁优化目标研究潘贤德;吕剑波【摘要】基于自主开发的非轴对称端壁优化设计平台,在某高负荷低压涡轮环形叶栅上开展了非轴对称端壁设计,分别以总压损失、SKEH以及两者的组合参数为优化目标对不同的目标函数进行研究,计算时考虑下端壁封严容腔的影响.研究结果表明,封严容腔对端区二次流发展有重要影响,端壁造型能优化封严冷气出流方向和出流特征,从而抑制通道涡发展,因此在非轴对称端壁设计时要考虑容腔效应;单独采用SKEH为优化目标时,优化集中在降低二次动能上,遏制了封严出流漩涡的形成,不能有效抑制马蹄涡压力面分支的生成和发展.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】涡轮;非轴对称;端壁;容腔;设计方法【作者】潘贤德;吕剑波【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241;中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241【正文语种】中文叶轮机械中的损失大致可分为叶型损失、端区二次流损失和叶尖泄漏损失三类[1]。
其中,端区损失主要产生于二次流以及端区边界层内的黏性摩擦作用,在小展弦比涡轮叶栅通道内,端区损失占总损失的比例可达30%~50%,在升力系数较大的大展弦比涡轮叶栅中,二次流问题变得更加突出。
非轴对称端壁造型作为一种先进的二次流控制技术,其基本原理是基于二次流的产生和发展机理,通过端壁形状的改变来减小端壁处从压力面到相邻叶片吸力面的压力梯度,减缓通道涡下部的新边界层生成,抑制二次流的发展,以此来削弱涡轮通道内的二次流损失。
Rose最早提出了非轴对称端壁的概念,相关研究表明,这种方法是减小端区二次流损失的有效途径之一。
非轴对称端壁设计技术已在国外多个民用航空发动机上得到应用,如罗罗的遄达系列发动机、GENX及LEAPX等。
在国内,中国航发商用航空发动机有限责任公司在非轴对称端壁技术研究方面开展了大量的工作。
跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究何文博;史磊【摘要】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%.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)028【总页数】6页(P164-169)【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【作者】何文博;史磊【作者单位】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;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【正文语种】中文【中图分类】V231.3近些年来,航空发动机的推重比在升高,压气机的轴向尺寸在不断缩短,级数在逐渐减少,平均级负荷水平一直在提高。
然而负荷水平的提高使得压气机的稳定工作范围减小,因此有必要拓宽压气机的稳定工作边界;其中机匣处理即作为一种有效的扩稳技术手段。
人们对机匣处理的扩稳认识始于20世纪60年代初,此后美国NASA、法国国家、航空航天研究院、英国剑桥大学、日本东京大学等纷纷开展了对机匣处理技术的研究[1]。
进入70年代,大量的实验研究工作侧重于槽类和缝类机匣处理的设计方法、扩稳效果及结构尺寸的优化,Lewis研究中心针对机匣处理就做了大量的工作,得出了机匣处理可以使压气机裕度改进,但同时又使压气机效率降低的结论[2,3]。
针对轴流压气机的非轴对称端壁造型优化设计陈得胜;刘波;那振喆;王雷;曹志远;黄建;闫守成【摘要】针对某轴流压气机构建了一种新的非轴对称端壁造型,该造型可通过抑制角区分离来达到减小通道内二次流损失的目的。
首先,在设计工况下,针对基准叶栅建立非轴对称端壁的自动优化设计方法。
然后,在设计和非设计工况下,用NUMECA/Fine turbo模块分别对基准叶栅和优化叶栅进行定常流场计算。
结果表明,两种工况下,优化叶栅有效抑制了角区分离,原因为非轴对称端壁造型改变了通道内的涡系结构;优化叶栅出口截面总压损失系数显著降低,叶栅出口气流角更加均匀和平衡。
%A novel non-axisymmetric endwall contouring was presented for an axial compressor cascade to reduce secondary flow losses by suppressing the corner separation. Firstly, a design methodology based on automated optimization was put forward for the baseline cascade at design conditions. Hereafter, with re⁃spect to the contoured endwall and the baseline cascade, steady numerical simulations were conducted in NUMECA/Fine turbo to gain further understanding of the effects of endwall contouring in both design and off-design conditions. The results demonstrated that with the contoured endwall for both conditions, the cor⁃ner separation was enormously suppressed owing to the modification of vortex structures in the blade chan⁃nel. Furthermore, the total pressure loss coefficient was largely decreased in the outlet plane, and the out⁃flow angles become more uniform and balanced.【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】7页(P16-21,52)【关键词】轴流压气机;二次流损失;非轴对称端壁造型;角区分离【作者】陈得胜;刘波;那振喆;王雷;曹志远;黄建;闫守成【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;93066部队,黑龙江牡丹江157023【正文语种】中文【中图分类】V231.3β气流角Cax叶片轴向弦长总压损失系数,=(Pt,1-Pt,2)/Pt,1P静压h叶片高度x叶高方向坐标y叶栅周向坐标z叶栅轴向坐标下标:1进口截面2出口截面t总参数压气机叶栅中,二次流效应(如角区分离现象)引起的二次流损失在总压损失中占很大比重,因此减小二次流损失会直接提高压气机效率。
收稿日期:2021-05-14作者简介:张成烽(1996),男,硕士。
引用格式:张成烽,张国臣,徐志晖,等.转子叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能影响机理分析[J].航空发动机,2023,49(3):66-74.ZHANG Chengfeng ,ZHANG Guochen ,XU Zhihui ,et al.Analysis of effect mechanism of rotor tip clearance shapes on transonic axial compressor[J].Aeroengine ,2023,49(3):66-74.转子叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能影响机理分析张成烽,张国臣,徐志晖,孙丹,刘鹏程(沈阳航空航天大学航空发动机学院,沈阳110136)摘要:为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA 进行数值模拟。
结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,改型后0.204-0.408的各类间隙压气机性能优于0.408-0.204间隙的。
相比较平行间隙PTC 0.204-0.204,渐变式TTC 0.204-0.408和阶梯式STC 0.204-0.408的失速裕度分别提高1.12%和1.61%,峰值效率基本不变,同时近失速工况下的总压比和效率也略有提高。
叶尖泄漏涡得到抑制,间隙处的流体低速区明显减小,流动损失减小,流场得到较大改善。
转子通道的总压比在85%叶高处明显提高,分别提高了1.01%和3.13%。
阶梯式叶尖间隙压气机的静子通道40%叶高处总压损失系数减小达75.4%。
对平行式叶尖间隙进行改型处理能够有效提高压气机性能,且阶梯式叶尖间隙比渐变式的对压气机性能提高的效果更加显著。
关键词:叶尖间隙;叶尖泄漏流;转子;失速裕度;间隙形状;总压比;总压损失系数;跨声速轴流压气机中图分类号:V231.1文献标识码:Adoi :10.13477/ki.aeroengine.2023.03.009Analysis of Effect Mechanism of Rotor Tip Clearance Shapes on Transonic Axial CompressorZHANG Cheng-feng ,ZHANG Guo-chen ,XU Zhi-hui ,SUN Dan ,LIU Peng-cheng (School of Aero Engine ,Shenyang Aerospace University ,Shenyang 110136,China )Abstract :In order to study the effects of different rotor tip clearance shapes on the performance of a transonic axial compressor,the Parallel Tip Clearances (PTC)were modified by Tapered Tip Clearances (TTC)or Stepped Tip Clearances (STC),and the commercial soft⁃ware NUMECA was used for numerical simulation.The results show that the performance of the modified compressor is significantly im⁃proved.After the modifications,the performance of the modified compressor with 0.204-0.408tip clearances is better than that with 0.408-0.204tip pared with the compressors with PTC 0.204-0.204,stall margins of the compressors with TTC 0.204-0.408and STC 0.204-0.408is increased by 1.12%and 1.61%,respectively,while the peak efficiencies remain essentially unchanged.In addition,the total pressure ratios and efficiencies also increase slightly under near-stall conditions.The tip leakage vortices are suppressed,and the tip low-speed flow areas are significantly reduced,resulting in reduced flow loss and greatly improved flow fields.The total pressure ratios at 85%span-height of the rotor passage increase significantly,and they increase by 1.01%and 3.13%respectively.The total pressure losscoefficient at 40%span-height of the stator passage with stepped blade tip clearances decreases by 75.4%.It can be seen that the modifica⁃tion of the parallel tip clearance can effectively improve the performance of the compressor,and the stepped shape has a more prominent ef⁃fect on the compressor performance than the tapered shape.Key words :tip clearance;tip leakage flow;rotor;stall margin;clearance shapes;total pressure ratio;total pressure loss coefficient;transonic axial compressor航空发动机Aeroengine0引言压气机的内部流场复杂多变,尤其在转子叶尖间隙区域流动更为复杂,存在端壁附面层分离、叶片表面附面层分离、间隙泄漏涡、二次流和多次泄漏流等[1-2]。
非轴对称端壁对压气机性能和流动特性的影响摘要:本文以压气机转子Rotor67为对象,开展了非轴对称端壁造型对转子内部流动及转子性能影响的研究工作,着重分析了轮毂端壁区的二次流动问题。
分析结果表明:采用非轴对称端壁可有效降低叶栅二次流损失,减小通道涡强度与范围,提高压气机转子效率,改善转子出口总压分布情况,具有很好的应用前景。
关键词:压气机非轴对称端壁二次流数值模拟Abstract:Influence of non-axisymmetric endwall contour on compressor performance and fluid dynamics has been investigated.Analysis focused on secondary flow of hub endwall region.Results show that non-axisymmetric endwall profiling can efficiently decrease the strength and extent of the passage vortex,reduce the secondary flow loss,thus improve the efficiency of the compressor rotor.Non-axisymmetric endwall profiling has a good application prospect in compressor design.Key words:axial compressor;non-axisymmetric endwall;secondary flow;numerical simulation1 引言压气机是航空发动机的重要部件,其气动性能的好坏以及效率的高低直接影响着整台发动机的性能。
Howell认为,压气机端区的二次流涡系以及由此引发的损失可达压气机总损失的30%~50%[1],所以为了提高叶轮机械的整体性能,各种减小二次流流动损失的方法应运而生,其中非轴对称端壁造型法是近些年来一个新的研究热点。
跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制研究一、本文概述本文旨在深入研究跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制。
跨音压气机作为现代航空发动机的核心部件,其性能直接影响到飞行器的动力性能和经济性。
风扇转子叶顶泄漏流动是跨音压气机中一种重要的流动现象,对于压气机的稳定性和效率具有重要影响。
然而,由于泄漏流动涉及复杂的流动机制和相互作用,目前对其非定常机制的理解仍不够深入。
因此,本文的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文将对跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的基本特征和影响因素进行概述。
在此基础上,通过分析泄漏流动的非定常特性,揭示其演化规律和内在机制。
接着,本文将探讨非定常泄漏流动对压气机性能的影响,包括稳定性、效率等方面。
本文将提出优化风扇转子设计的策略和方法,以降低泄漏流动的负面影响,提高压气机的整体性能。
本文的研究方法主要包括数值模拟和实验验证。
通过构建高精度的数值模型,模拟跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常过程,揭示其内部流动机理。
结合实验结果,验证数值模型的准确性和可靠性,为深入理解泄漏流动的非定常机制提供有力支持。
通过本文的研究,期望能够揭示跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制,为优化压气机设计和提高发动机性能提供理论依据和技术支持。
本文的研究成果也将为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、跨音压气机风扇转子叶顶泄漏流动基础跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动是一种复杂的流动现象,它涉及到流体的动力学、热力学和气动声学等多个方面。
叶顶泄漏流动的产生主要是由于叶尖间隙的存在,使得在叶片压力面和吸力面之间的流体有机会通过间隙流向叶顶区域,进而泄漏到主流中。
这种流动不仅会影响压气机的性能,如效率、压比和稳定性,还可能引发叶片振动和噪声。
跨音压气机风扇转子的叶顶泄漏流动具有非定常性,其流动特性随时间和空间的变化而变化。
这种非定常性主要来源于两个方面:一是由于叶片旋转造成的周期性变化,使得叶顶泄漏流动呈现出周期性的非定常特性;二是由于压气机内部流动的复杂性,如激波、附面层、二次流等,这些流动特性会对叶顶泄漏流动产生影响,使其呈现出更为复杂的非定常特性。
跨声速轴流压气机非轴对称端壁造型优化设计
刘波;曹志远;黄建;赵鹏程
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2012(33)5
【摘要】为探索非轴对称端壁提高跨声速轴流压气机性能的潜力,基于三维数值模拟优化平台,针对跨声速轴流压气机转子进行了非轴对称轮毂优化造型,深入分析了非轴对称轮毂造型对跨声速压气机流场结构及性能的影响机理。
结果表明:优化造型后的非轴对称轮毂同时提高了该跨声速压气机的效率和压比,最高效率点效率提高0.31%,压比提高0.31%,并改善了压气机的变工况性能。
【总页数】6页(P689-694)
【作者】刘波;曹志远;黄建;赵鹏程
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.针对轴流压气机的非轴对称端壁造型优化设计
2.非轴对称端壁造型改善亚声速压气机转子性能的数值研究
3.跨音级轴流压气机转子轮毂非轴对称造型研究
4.端壁合成射流激励参数变化对跨声速轴流压气机性能的影响
5.三维造型和非轴对称端壁在跨声速压气机中的应用
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