海洋环境下盐雾腐蚀对压气机性能的影响研究

摘要

压气机是燃气轮机提高进气压力的重要部件，按其内部空气流动方向分为轴流和离心两种。其中轴流压气机以其效率高流量大的特点被广泛应用于航空、船舶、电站等领域。压气机是燃气轮机内的耗功装置，燃机运行时压气机将消耗掉涡轮发出的大部分功，其性能的好坏将直接反馈到燃烧室和涡轮中，影响燃机整机循环。由于燃机本身特点所致，工作中将会有大量空气流入，高速旋转的叶片使其相比于其他动力装置对空气质量要求更高，压气机作为燃气轮机最前端的设备对空气中的杂质更加敏感。对于在海洋环境下运行的船舶燃气轮机和舰载机上的航空发动机来说，海洋高湿度、高盐度环境极易引起压气机内部结构的腐蚀。盐雾将造成压气机内叶片表面、叶顶和其他关键部件的腐蚀与失效，对压气机内流场造成影响，使得压气机压比、效率、流量等性能参数都受到影响。国内外多次发生由盐雾腐蚀造成的燃气轮机故障事故，严重地影响了燃气轮机的安全性和经济性，因此研究压气机盐雾腐蚀造成的性能下降就显得尤为重要。
　　本文将以NASA Stage67型压气机为例，通过数值模拟的方法，对海洋环境下压气机盐雾腐蚀对其性能的影响进行研究分析，分析内部流场的变化，并找出导致性能衰退的原因，并研究压气机性能衰退与腐蚀程度之间的关系。本文采用的研究方法及内容如下：
　　1、通过加速盐雾腐蚀实验模拟海洋环境对压气机叶片材料的腐蚀行为，得到压气机叶片材料在海洋环境下腐蚀程度随时间的变化曲线，为接下来的计算提供数据基础。
　　2.对本文中的计算模型进行网格无关性验证，通过计算绘制压气机的特性曲线，并与设计值相对比，验证模型和模拟方法的正确性。
　　3.本文采用改变叶片表面粗糙度的方法模拟压气机叶片腐蚀，并对100％、90％、80％、70％转速下的压气机性能进行模拟。研究腐蚀对压气机性能的影响，对比腐蚀前后的流场变化情况，分析引起压气机性能衰退的原因。
　　4.考察不同位置的腐蚀对压气机性能的影响，并根据腐蚀实验结果，计算不同腐蚀程度对压气机性能的影响，拟合性能衰退率与腐蚀时间的关系函数。
　　5.计算不同大小的叶顶间隙对压气机性能的影响，分析引起衰退的原因，并根据腐蚀实验数据计算由盐雾腐蚀引起的叶顶间隙改变造成的压气机性能衰退，拟合成性能衰退随腐蚀时间的变化曲线。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 叶片腐蚀原因及机理

1.3 国内外研究发展现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 数值模拟

2.1 引言

2.2 数值模拟工具

2.3 控制方程及湍流模型

2.4 本章小结

第三章 盐雾腐蚀实验

3.1 引言

3.2 实验背景及目的

3.3 实验内容

3.4 实验结果

3.5 本章小结

第四章 压气机叶片及流道腐蚀对其性能影响分析

4.1 引言

4.2 计算模型

4.3 模型验证

4.4 叶片腐蚀对压气机性能影响分析

4.5 机匣轮毂腐蚀对压气机性能的影响

4.6腐蚀程度对压气机性能的影响

4.7 本章小结

第五章 叶顶腐蚀对压气机性能的影响

5.1 引言

5.2 叶顶间隙增大对压气机性能的影响

5.3 叶顶间隙增大引起的流场变化

5.4 叶顶不均匀腐蚀对压气机性能的影响

5.5 性能衰退与腐蚀时间的关系

5.6 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