2.5级压气机内部流场数值仿真及实验研究

摘要

随着燃气轮机在生产生活中的广泛使用，现如今对压气机的性能要求也越来越高，这意味着对压气机的流道设计要求很高，同时还要满足相对较高的效率，而效率的损失主要体现在压气机内部空气的流动损失，为此，探究其内部流动的真实状态，对提高效率增大压比显得十分重要。本文以某2.5级压气机为研究对象，通过数值模拟与压气机的实际实验相结合的方法，分析不同转速及转角对压气机性能的变化和影响，研究压气机内部流场的流速在不同转速及转角下的变化，并探讨数值模拟与实验测量结果之间的关系。主要内容如下:
　　1.对2.5级压气机的整体性能特性进行分析，通过采用NUMECA数值仿真软件对压气机的不同转速下的全工况进行数值模拟，对不同转速工况进行近失速及近阻塞边界的探索，并将其与压气机的憋喘实验结果相对比，分析数值模拟与实验的误差原因，对不同转速的近设计工况与近喘振工况的流场进行对比分析。
　　2.通过PDA测量手段，对压气机内部流场实现了非接触测量，将所测量内部流场的速度参数与数值计算结果进行详细对比，分析结果误差及产生原因，对数值计算对内部流场的模拟可靠性进行了探究。
　　3.对2.5级压气机的进口导叶的不同负安装角对压气机性能的影响进行数值模拟分析，并结合上述PDA测量方法，对压气机内部流场的变化进行对比分析，同时分析了不同转速与不同安装角对压气机性能以及损失的影响。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2压气机流场测量国内外进展

1．2．1压气机流场测量国外进展

1．2．2压气机流场测量国内进展

1．3压气机可转导叶国内外相关研究进展

1．3．1压气机的防喘及旋转失速国内外进展

1．3．2可调进口导叶及静叶国内外研究进展

1．4本文主要工作

第2章数值模拟理论基础及压气机实验介绍

2．1引言

2．2数值模拟方法

2．2．1控制方程

2．2．2湍流模型

2．2．3控制方程组的离散方式

2．2．4加速收敛技术

2．3本文使用软件简介

2．3．1 UG

2．3．2 NNUMECA

2．4实验台介绍

2．4．1压气机主体介绍

2．4．2进排气系统

2．4．3动力系统

2．4．4滑油冷却系统介绍

2．5实验测量系统

2．5．1总温总压及静压测量

2．5．2流量测量

2．5．3转速及扭矩测量

2．5．4安全性指标测量

2．6 PDA流场测速介绍

2．6．1 PDA测量原理

2．6．2测量装置

2．6．3示踪粒子的选择

2．6．4 PDA速度转换

2．7实验操控监测平台

2．8本章小结

第3章压气机数值模拟计算分析

3．1引言

3．2研究对象及网格划分

3．2．1压气机基本参数

3．2．2网格划分

3．2．3计算边界条件

3．3网格无关性验证

3．4特性曲线与实验结果分析

3．4．1特性曲线结果分析

3．4．2实验结果分析

3．5不同转速近喘及设计工况计算结果分析

3．5．1极限流线、流面流线分析

3．5．2不同转速下不同叶高相对马赫数云图分析

3．5．3不同转速下不同叶片静压分布分析

3．6结论

第4章导叶转角对压气机流场的影响及内部流场实验分析

4．1引言

4．2进口可转导叶模型生成与网格划分

4．3转角度数值计算与实验测量结果分析

4．4转角度流场及PDA速度测量对比分析

4．4．1速度测量矢量对比分析

4．4．2不同方向速度对比分析

4．5转角度计算结果气流角分析

4．5．1导叶出口气流角

4．5．2第一级动叶进口气流角

4．5．3第一级动叶出口气流角及静叶进口气流角

4．6转角度计算结果熵分析

4．7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