非均匀进气条件下压气机的数值模拟及实验研究

摘要

压气机作为燃气轮机的核心部件之一，它通过消耗机械功来压缩流过的空气，供给燃烧室以符合技术要求的高压压缩空气。压气机的性能直接影响到燃气轮机的运行效率、工作稳定性和耗油率等，一直以来深受国内外学者的关注。早期基于均匀进口条件下进行的设计所暴露的局限性越来越大，已不再适合高性能发动机的要求，因为压气机大部分时间都在非均匀进口条件下工作，这就使得压气机的效率和压比较均匀进气条件有所降低，进口气流的不均匀对多级轴流压气机的性能，尤其是对其稳定工作范围产生很大的影响，严重影响了发动机工作的可靠性。因此，进口非均匀问题已经成为压气机领域重点的研究方向之一，认识非均匀进口条件下压气机内部流动机理以及掌握流场结构变化对非均匀来流的响应机制，进而指导压气机的设计具有迫切的现实意义。
　　本文以某2.5级压气机为研究对象，采用数值模拟和试验相结合的方法，对均匀压力进口和非均匀压力进口条件下的压气机性能和流场进行了分析和研究，主要工作内容围绕以下几个方面展开：
　　1、模型的建立、计算和数据处理。利用NUMECA软件中的AutoGrid5模块完成几何模型的建立和网格划分，利用FINE/Turbo模块确定CFD方法的控制方程、离散方法和数值计算方法，利用CFView模块后处理得到压气机内部的压力场、速度场、温度场及其它参数。
　　2、进行实验与数值计算对比，验证数值模拟的准确性。首先对压气机进行实验测量，在六个转速下对不同流量工况进行测试，然后应用 FINE/Turbo软件对压气机进行单通道的数值计算，将数值计算结果与实验结果进行比较。
　　3、均匀压力进气条件下的压气机气动特性研究。对压气机进行了8种转速下的数值模拟，得到压气机在额定工况点和其它工况点的性能参数，分析不同转速下压气机内部流场变化情况。
　　4、非均匀压力进气对压气机气动特性的影响研究。对该型压气机在设计转速和非设计转速下，分别进行了五种进口压力不均匀度条件下的数值模拟，给出了相对于均匀压力进气时压气机的喘振裕度变化量及各性能参数的变化情况，分析不同转速、不同压力不均匀度对压气机总体性能和内部流场产生的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 轴流压气机工作原理

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究内容

1.5 本章小结

第2章 数值模拟方法

2.1 引言

2.2 控制方程及湍流模型

2.3 网格生成及离散方法

2.4 数值模拟软件介绍

2.5 加速收敛技术

2.6 本章小结

第3章 压气机实验与数值模拟方法的对比验证

3.1 引言

3.2 实验测试系统

3.3 数值方法验证

3.4 本章小结

第4章 均匀压力进口条件下压气机的气动特性

4.1 引言

4.2 数值计算模型校核

4.3 压气机总体性能分析

4.4 设计工况下数值模拟结果及分析

4.5 不同工况下压气机内部流场分析

4.6 本章小结

第5章 非均匀压力进气条件下压气机的气动特性

5.1 引言

5.2 性能指标定义

5.3 设计转速下进口总压不均匀度对流场的影响

5.4 其它转速下不均匀度对气流角的影响

5.5 进口压力不均匀度对压气机总体性能的影响

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢