軸流壓氣機
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-08
軸流壓氣機的視頻教程
基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座
基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座 基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座（免費）【已結束】 直播時間：4月28日 19:00 適用人群：1、學習型仿真工程師 2、理工科院校學生 3、從事旋轉機械工程師 主要內容： 1）壓氣機設計理論現狀 2）高壓比離心壓氣機設計難點 3）1D設計參數選取及模型修正
免費 1小時20分鐘 258播放
查看
軸流壓氣機的實例教程
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了單級軸流壓氣機。轉子葉片的流動是在旋轉參考框架中計算的，而定子葉片的流動在靜止框架中計算。這種情況的目的是驗證基于壓力的耦合求解器的可壓縮渦輪機械問題與混合平面的性能。流動是可壓縮的、湍流的和穩定的。
計算域：轉子葉片數量為16，定子葉片數量為40
物質屬性：物質密度為理想氣體，摩爾數為28.966，粘度為Sutherland’s law，比熱為1006.43J/kg-K
邊界條件：轉子轉速37,500rpm，入口壓力為 1 atm，溫度為288 K
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為76800
計算設置
本次計算為穩定的、湍流的、可壓縮的，基于壓力的耦合解算器流動。
展開 1、問題描述
本教程介紹如何在STAR-CCM+ 中對軸流壓氣機葉片進行模擬，并說明為單葉片排生成網格的過程。
2、STAR-CCM+設置
（1）
菜單欄選擇Mesh > Import Turbo Blades，生成如下的界面：
（2）將葉片排數葉片排數設置為1，將選擇當前葉片排選擇當前葉片排設置為 1。激活當前葉片排正在旋轉當前葉片排正在旋轉，將旋轉速度更改為17,200 rpm。激活輪轂表面正在旋轉輪轂表面正在旋轉，將選擇流軸設置為+Z。
（3）導入渦輪向導幾何文件選項對話框中有六個選項卡。幾何、網格化、流道、方格設置、邊界條件/湍流和初始條件選項卡用于為導入的葉片幾何指定所需的文件和參數。幾何界面的設置如下：
（4）將網格生成方法網格生成方法設置為使用橢圓網格生成器構建使用橢圓網格生成器構建3D 體網格體網格。
（5）流道設置方法如下：
（6）網格設置方法如下圖：
（7）采用默認湍流模型，保留滯止進口子選項卡中的默認設置。在壓力出口子選項卡中，將恒定靜態壓力恒定靜態壓力值更改為5000 Pa，保留其他參數的默認值。在初始條件選項卡，將初始速度初始速度Z 值更改為 150 m/s，保留其他參數的默認值。
展開 針對某型單級軸流壓氣機進行CFD仿真計算和多次試驗測量，得到仿真結果和一系列上下波動的試驗數據，用戶面臨如下問題：
仿真模型求解精度驗證（Verification）
采用Star ccm+軟件對壓氣機性能進行初始仿真計算：
調用物理模型精度分析模塊對K-Omega、K-Epsilon、S-A三種湍流模型精度進行評估（以增壓比π為例），發現K-Omega模型精度最高，選擇該模型：
調用離散誤差精度評估模塊對三套葉片網格1、2、3（特征尺寸比為1：1.5：2.25），計算得Mesh2網格離散誤差精度為±0.026，符合要求選取Mesh2：
調用計算收斂誤差精度分析模塊對上述仿真結果殘差曲線進行評估，得到其精度為±0.00007，符合要求：
綜合上述結果可得合成后的仿真模型求解精度為±0.0266
UQ不確定性量化分析
調用SimV&Ver的UQ不確定性量化分析模塊，對4個輸入參數（轉速、級進口總壓、進出口背壓、進口氣流角）不確定性導致的響應量（增壓比π）變化結果進行分析，得其上下限為±0.08：
根據計算結果可對各輸入參數對響應量的敏感度系數進行分析：
仿真與試驗結果對比與誤差分析（Validation）
調用仿真與試驗結果對比與誤差分析模塊，對CFD仿真與試驗結果誤差進行對比分析；
根據試驗測得增壓比累積分布曲線，可得該級壓氣機壓比不低于1.57的概率為95%，符合設計要求；
試驗與仿真結果的葉片表面靜壓分布（15個測點）曲線的確認指標（Validation Metrics）
展開 AxSTREAM是一款多學科葉輪機綜合設計、分析和優化多功能商業專業軟件，能夠設計和分析以及優化包括軸流壓氣機、離心壓氣機、軸流渦輪和向心渦輪
及風機、風扇等多種葉輪機械。AxSTREAM是目前世界上唯一集葉輪設計、分析和優化于一體的綜合設計工具包。AxSTREAM亦是集成度最高、功能最
全、速度最快的商業葉輪設計軟件
AxSTREAM是由葉輪機行業享有勝譽的美國SoftInWay公司研發的旗艦產品，是一款特別針對旋轉葉輪機械的快速優化設計與氣動分析軟件。 AxSTREAM主要著眼于工程實際應用。它嵌入了豐富的葉輪經驗數據，具有優異的工程應用界面，特有的快速設計和分析方法，獨有的DOE優化方法，良好
的設計精度，完善的輸入輸出接口等，以及多目標多參數多學科多因素綜合設計策略與方法等，在葉輪機械設計、性能分析和優化等方面，獨樹一幟，成為業內翹
楚，具有極高的工程應用價值。
AxSTREAM主要進行葉輪機械的一和二維的初始設計與氣動分析、優化，全三維葉片造型與三維CFD數值驗算、全三維FEA強度、振動校核等。它采
用了先進的項目數據庫管理模式，基于優秀的工程經驗損失模型，通過自動尋優算法進行優化設計與分析。AxSTREAM是一個不斷發展中的程序，從初始專注
于軸流旋轉機械的設計，發展到軸流/徑流/混流式設計，并加入三維有限元的強度分析和流動分析功能，并且綜合考慮冷卻、傳熱等多學科問題。目
前，AxSTREAM可以進行軸流渦輪、軸流壓氣機、向心渦輪、離心壓氣機、混流式渦輪和壓氣機的設計與氣動分析。應用范圍涵蓋汽輪機、燃氣輪機、航空發
動機、風機、渦輪增壓器和渦輪泵等多種葉輪機械。
SoftInWay 公司是一家美國公司，總部位于馬薩諸塞州的Burlington，是一家為全球國際用戶在能源動力設備研究、設計和數字建模等領域提供軟件產品和工程咨詢服務的高科技公司。
展開 軸流壓氣機葉頂噴氣穩定性控制研究 中國科學院工程熱物理研究所李繼超
軸流壓氣機的相關專題、標簽、搜索
軸流壓氣機的最新內容
Fine Turbo是葉輪機械行業快速和準確的結構化網格求解器，求解快速、結果準確、內存消耗低是他最大的優勢。Fine Turbo是全二階精度結構化網格求解器，其基于密度的求解方法保證了快速的高速流場收斂速度，采用多重網格技術使得計算速度顯著提高。基于Fine系列葉輪機械CFD技術，Cadence 推出Fidelity CFD仿真平臺，其包括一個完整的葉輪機械端到端解決方案：1D 到 3D 設計、
我們知道，壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式結構簡單、工作較穩定。渦輪軸發動機從純軸流式開始，發展了單級離心、雙級離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機，歷經多次變革。目前渦輪軸發動機一般采用若干級軸流加一級離心構成組合壓氣機，兼有兩者的優點。
壓氣機作為發動機的重要部件，對發動機性能有重要影響；在高推重比渦輪風扇發動機中，高負荷跨聲速壓氣機內部的流動情況復雜多變，葉型損失和二次流損失大大增加了壓氣機的設計難度；研究壓氣機三維葉片和流道對激波和復雜二次流動的影響機理及提升相應的控制技術，使得壓氣機優化設計成為高性能壓氣機設計過程中至關重要的環節。
數值方法
研究模型
研究對象為跨聲速壓氣機轉子NASA
針對某型單級軸流壓氣機進行CFD仿真計算和多次試驗測量，得到仿真結果和一系列上下波動的試驗數據，用戶面臨如下問題：
仿真模型求解精度驗證（Verification）
采用Star ccm+軟件對壓氣機性能進行初始仿真計算：
調用物理模型精度分析模塊對K-Omega、K-Epsilon、S-A三種湍流模型精度進行評估
關于Code_Saturne
Code_Saturne是法國電力集團自1997年起自主研發的一款通用計算流體力學開源軟件。基于有限體積方法，支持多種類型網格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對稱、三維，
工質物性對亞音速軸流壓氣機轉子性能的影響[J]. 大連海事大學學報，2021，47（4）：108-114. DOI：10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.04.013.
TIAN Z T, REN P, FAN Y Q, XIN J C, KONG X Z, LU H W.
圖2 軸流-離心組合壓氣機氣動仿真
同時，基于非線性諧波法和全通道非定常RAN-S求解法的非定常仿真方法，是研究進氣畸變影響、葉輪機械端區流動、轉靜子干涉時序效應等復雜流動問題的有效工具，可在試驗前獲得葉輪機械內部流場的時域與頻域信息，從而指導試驗與測試方案，降低了型號研制對于試驗的依賴度和試驗需求，特別是減少了畸變試驗和喘振邊界摸底試驗等高風險試驗的次數，提升了試驗的成功率
01 研究背景
什么是壓氣機的旋轉失速問題？
旋轉失速是沿壓氣機周向的非均勻流動狀態。失速現象一般首先發生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內的氣流流通，減少通道內的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發動機性能（推力、經濟性）大為惡化，限制發動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發動機的損壞
<p>本案例建立了一壓氣機導向器葉片模型，如圖1所示。基于COMSOL軟件的二次電流模塊仿真了壓氣機導向器葉片的電極電位，并基于電流分布殼體接口求解薄電解質域內的電解質電位。電解質膜的厚度取決于鹽負荷密度和相對濕度。氧溶解度和電解質電導率也取決于相對濕度。使用與大氣腐蝕模型相同的表達式來分析電解質膜厚、氧溶解度和電解質電導率與相對濕度的相關性。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https
