轴流压气机相似设计性能预测

摘要

随着燃气轮机持续发展，压气机作为燃气轮机的核心部件，其性能需要得到不断地提高，这需要研制高性能的压气机。在三种常用的轴流压气机设计方法中，根据相似原理对压气机进行模化设计不仅可以比较有把握地得到新设计压气机的气动性能，同时试验调整的工作量也可以大大减少，从而能够大量节约科研经费，是一种有发展前途的设计方法。因此，本文为了使原型轴流压气机在较小的带动功率下运行，应用相似原理，对其进行模化设计。主要进行以下几个方面的研究：
　　1.根据现有的大量图纸资料选取合适的变量，对某型六级半压气机进行三维Pro-E建模，从压气机三维模型导出各级叶片不同截面以及轮缘和轮毂坐标点，并书写六级半压气机、原型三级半压气机和模化后三级半压气机的*.geomturbo文件。
　　2.通过 NUMECA软件对所建立的六级半压气机进行数值模拟，并将数值模拟值与设计值进行对比，验证该型压气机几何模型符合要求以及网格和计算方法合理。而后对该型压气机的前三级半进行数值模拟，得到其运行特性线，并简要分析其内部流场。
　　3.根据相似理论对三级半压气机进行模化设计，并对模化后的三级半压气机进行数值模拟和流场分析。分别分析设计工况和非设计工况下压气机的内部流场情况，并绘制压气机工作特性曲线。同时分析叶顶间隙对压气机总体性能和内部流场的影响。
　　4.为提高叶栅排的气动性能，以效率最大为目标函数，对模化后三级半压气机的第三级动叶片进行了三维叶片积叠规律优化以及积叠规律与叶型的综合优化。并将两种优化前后叶型的变化、叶片表面压力的变化以及不同叶高处相对马赫数的改变进行对比。

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第1章 绪论

1.1 本文研究背景和意义

1.2 相似理论在压气机中的应用

1.3 模化设计国内外研究现状

1.4 本文研究内容

第2章 压气机内部流动数值模拟方法

2.1 引言

2.2 数值计算工具

2.3 控制方程

2.4 湍流模型

2.5 控制方程组的离散

2.6 加速收敛技术

2.7 计算收敛标准

2.8 本章小结

第3章 建模与网格划分

3.1 引言

3.2 三维模型的建立

3.3*.geomturbo文件的书写

3.4 网格划分

3.5 本章小结

第4章 原型压气机的数值模拟

4.1 引言

4.2 原型六级半压气机数值模拟

4.3 原型三级半压气机数值模拟

4.4 本章小结

第5章 相似设计压气机性能预测

5.1 引言

5.2 相似理论

5.3 数值模拟方案的确定

5.4 设计工况数值模拟结果及分析

5.5 不同工况下压气机性能

5.6 压气机工作特性

5.7 叶顶间隙变化对压气机的影响

5.8 本章小结

第6章 压气机的优化设计

6.1 引言

6.2 优化设计流程

6.3 优化设计结果与分析

6.4 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