压气机低能流体径向流动与失速机理研究

摘要

压气机叶栅通道内的流动分离对其内部损失和流动稳定性有非常重要的影响，对其机理和控制措施的研究一直以来都是压气机气动力学领域具有挑战性的研究方向。角区分离、角区失速以及叶顶泄漏流动是压气机叶栅内部最为重要的三维空间分离结构，具有明显的非定常性和跨通道传播的特点，直接影响着压气机性能和稳定性。除此之外压气机叶栅通道中还存在着沿径向上升的二次流动，将大量堆积的低能流体径向输运，使叶栅通道流场更加复杂。
　　本文以压气机叶栅通道中存在的起始于轮毂端壁的径向二次流动为切入点，采用基于SST湍流模型的RANS方法对几种不同的1.5级压气机模型进行数值模拟，重点研究了不同的设计参数对径向流动的影响从而诱导压气机失速原因的异同;重点分析诱导压气机失速的原因以及失速先兆的产生机理。进行压气机旋转失速实验方案设计并进行实验验证。
　　动叶角区径向流随着流量的降低逐渐向叶顶发展，静叶轮毂角区径向流动表现为径向的“龙卷风”型分离涡结构，随着流量的减小其涡核位置不断前移，造成大范围堵塞。改变轴向间隙和扭曲规律并没有改变压气机的失速先兆模式，表现为叶顶二次涡的前移和溢流，但却引起失速先兆诱因的改变，造成不同设计参数下叶顶涡系的起源和结构不同。
　　针对压气机旋转失速现象设计实验方案，搭建实验平台并研究了不同转速下压气机发生失速的特性及流场，发现动叶和静叶靠近上端壁有较大的低压区，造成了大规模的堵塞和损失。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和意义

1．2压气机的非稳定工况问题与旋转失速研究概述

1．2．1轴流压气机的非稳定工况概述

1．2．2旋转失速研究进展概述

1．2．3叶顶间隙泄漏对旋转失速的影响

1．2．4径向流动的相关研究

1．3角区分离研究概述

1．3．1叶栅角区分离与角区失速

1．3．2角区分离对旋转失速的影响

1．4本文研究内容

第2章数值计算方法

2．1引言

2．2数值计算方法

2．2．1基本控制方程

2．2．2湍流模型

2．3研究对象和计算网格

2．3．1研究对象

2．3．2计算网格

2．3．3计算网格敏感性分析

2．4边界条件和收敛准则

2．4．1边界条件选择

2．4．2非定常计算时间步长选择标准

2．4．3计算收敛准则

2．5本章小结

第3章不同轴向间隙对径向流影响研究

3．1引言

3．2特性曲线对比分析

3．3峰值效率点动叶角区径向流动对比分析

3．4近失速工况动叶角区径向流动对比分析

3．4．1径向流波动对比分析

3．4．2近失速工况大轴间隙径向流变化

3．4．3近失速工况小轴间隙径向流变化

3．5静叶角区径向流动研究

3．6本章小结

第4章不同扭曲设计对径向流影响研究

4．1引言

4．2特性对比分析

4．3大流量工况径向流发展过程研究

4．3．1动叶角区径向流动对比分析

4．3．2静叶角区径向流动对比分析

4．4近失速工况对比分析

4．4．1动叶角区径向流动对比分析

4．4．2叶顶间隙流动频谱分析

4．4．3静叶角区径向流动对比分析

4．5本章小结

第5章旋转失速实验方案设计及实验验证

5．1引言

5．2实验方案设计

5．2．1实验设备简介

5．2．2数据采集系统

5．2．3实验测量参数及测点布置

5．2．4实验数据处理

5．3实验结果处理分析

5．3．1特性测量结果分析

5．3．2流场测量结果分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢