通过对小型耐高温轴流风机设计参数和S2设计参数的多次迭代,得到了一个接近设计要求的初步三维设计方案。从表2可以看出,初步设计方案的气动参数与一维设计结果吻合较好。风机设计过程中一维参数的设计精度足以支持设计工作的进一步发展。表2显示了一维设计结果和初步设计的平均质量参数。由表2可以看出,单级风机平均半径处的负荷系数约为1.0,甚至高于普通航空发动机压气机的负荷系
小型耐高温轴流风机

通过对小型耐高温轴流风机设计参数和S2设计参数的多次迭代,得到了一个接近设计要求的初步三维设计方案。从表2可以看出,初步设计方案的气动参数与一维设计结果吻合较好。风机设计过程中一维参数的设计精度足以支持设计工作的进一步发展。表2显示了一维设计结果和初步设计的平均质量参数。由表2可以看出,单级风机平均半径处的负荷系数约为1.0,甚至高于普通航空发动机压气机的负荷系数。同时,单级风机的反应性略大于0.5,平均负荷分布在静、动叶片上,使小型耐高温轴流风机叶片展开中部的弯曲角度达到40度以上,扩压系数达到0.5以上。从出版的文献中不难找到。考虑到轴流风机制造成本的限制,扩压系数接近0.6,基本达到了无主动流量控制技术的亚音速轴流风机的设计极限。然而,在小型耐高温轴流风机设计结果与设计目标的压力比与效率之间仍存在一定的差距,需要进一步的详细设计来弥补。由于本文设计的单级风机的负荷比设计中采用的经验公式高,因此有必要对每排叶片的稠度和展弦比进行调整。初步设计方案如图所示。6和7,以及表3所示的气动性能,其中载荷系数由叶尖的切线速度定义。通过在小型耐高温轴流风机叶尖压力面附近扩展合适的叶尖平台,可以有效地减小叶尖泄漏和气动损失。
本文以方案中小型耐高温轴流风机的定子叶片为例进行了详细设计,优化了S1流面叶型,小型耐高温轴流风机采用三维叶片技术改善了定子叶栅内的流动。通过三维数值模拟,对S2流面设计中的损失和滞后角模型进行了标定,为叶片三维建模提供了依据。通过与初步三维设计结果的比较,两种设计方案的气动参数径向分布一致,证实了小型耐高温轴流风机设计过程中S2流面设计的准确性和可靠性。由于叶尖泄漏流的存在,叶尖压力比与气流角(图中灰色虚拟线圈所示的面积)之间存在一定的偏差,但通过三维CFD的修正,s2的设计趋势预测了叶尖泄漏流对气动参数径向分布的影响;结果表明,随着网格数量的增加,总压和效率逐渐接近样本值,337万和286万网格的总压和效率偏差分别为0。bec在高负荷下,定子根部出现了气流分离现象,导致了出口气流角和S2设置的初步三维设计。预测结果略有不同(图中橙色虚线圈所示的区域)。小型耐高温轴流风机利用一条非均匀有理B-sline曲线来描述由四个控制点(红点)控制的曲线,包括前缘点和后缘点。叶片体由四条非均匀曲面、两个吸力面和两个压力面组成,同时与较大切圆(灰圆)和前缘后缘椭圆弧相切。利用MIT MISES程序对S1型拖缆叶片进行了流场分析。采用B-L(Baldwin-Lomax)湍流模型和AGS(Abu-Ghamman-Shaw)旁路过渡模型描述了过渡过程。

根据以往对小型耐高温轴流风机亚音速定子叶片的研究,前缘弯曲用于匹配迎角[20],根部弯曲高度为20%,端部弯曲角度为20,顶部弯曲高度为30%,端部弯曲角度为40,如图18左侧所示。弯曲高度和弯曲角度的选择是基于流入流的流动角度条件:如图5中蓝色箭头所示,定子叶片的流入角度受上游动叶片的影响,靠近端壁有两个不符合主流分布趋势的区域,而弯曲高度末端弯板的T应覆盖与流动角度匹配的区域;泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能,尤其是效率、小型耐高温轴流风机噪声和稳定的工作范围。末端弯板角度的选择基于区域和主流流动角度之间的差异。
根据前面的研究,小型耐高温轴流风机前缘弯曲的定子叶片可以有效地消除流入攻角,但叶片的局部端部弯曲会导致叶片局部反向弯曲的形状效应。在保证端部攻角减小的同时,定子叶片端部的阻塞量增大,损失增大。在端部弯曲建模的基础上,适当叠加叶片正弯曲建模,可以减小端部攻角,保证定子叶片和级间的有效流动。通过实验设计的方法,得到了合适的前弯参数:小型耐高温轴流风机弯曲高度60%,轮毂弯曲角度40,翼缘弯曲角度20,基本符合以往研究得出的弯曲叶片设计参数选择规则。不同叶栅的吸力面径向压力梯度和出口段边界层边界的径向压力梯度可以很好地进行比较。在带端弯和正弯叶片的三维复合叶片表面,存在两个明显的径向压力梯度增大区域,形成从端弯到流道中径的径向力,引导小型耐高温轴流风机叶片表面边界层的径向重排。从出口段附面层的边界形状可以看出,复合三维叶片试图使叶片的径向附面层均匀化,消除了叶片角部区域的低能流体积聚,对提高叶片边缘起到了明显的作用。为了准确、地得到初步设计方案,将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。


小型耐高温轴流风机四种不同结构尺寸的半圆形轴缝。模拟和试验结果表明,轴向缝处理技术不仅能达到稳定膨胀效果,而且能在设计速度下提率和压力比。套管壁环对简单小型耐高温轴流风机性能的影响。结果表明,环形结构能有效地削弱叶顶间隙涡,甚至抑制其产生,有效地提高了风机的总压和效率。全冠、部分冠和加强型部分冠对小型耐高温轴流风机气动性能的影响。结果表明,部分冠形能削弱泄漏流和二次流的强度,与全冠形相比,部分冠形的效率提高了0.6%。Satish Koyyalamudi和Nagpurwala[17]对离心式压缩机的导叶进行了处理。结果表明,改进后的压气机峰值效率降低了0.8%~1%,失速裕度提高了18%,阻塞流量提高了9.5%。叶顶间隙形态的研究主