轴流压气机加跨音速级设计及气动性能研究

摘要

随着科学技术的发展,大流量、高压比的压气机设计日趋紧俏。当前有很多性能优良的压气机,但仍不能满足新的需求。然而重新设计和制造一台新的压气机耗费较大,因此压气机加级设计就显得尤为重要。压气机加级设计不仅能充分利用原有压气机的性能,还可以显著增大压气机压比提高流量,并缩短设计周期,最终设计的压气机也具有较高的可靠性。
　　本文首先基于相似模化理论,从原压气机特性出发,寻求压气机加级设计的最佳匹配点,获得了匹配截面的气动参数,进而对压气机跨音速零级的提出气动设计要求。然后根据压气机零级设计要求,对压气机零级进行一维通流设计,从两类流面设计理论出发,应用参数化造型程序完成了压气机零级的准三维设计。
　　在保证匹配截面气动参数的前提下,利用NUMECA商业软件对跨音速零级子午流道、叶型和叶片数目、弦长等参数的进行了优化设计,确定了叶片和流道的几何参数。将优化后的零级压气机性能与原型压气机进行了对比,并检验了零级压气机出口气流速度和气流角沿径向的分布情况,以保证零级压气机和原型压气机的匹配特性。
　　最后利用数值模拟软件对压气机加级后的整机性能进行了计算,并与原型压气机进行了对比分析,研究了压气机的变工况特性。通过以上研究,得出:压气机加跨音速零级设计显著增加了压气机的流量和压比,零级与原压气机匹配良好。新加的零级不仅改善了原压气机的流动状况,还拓宽原压气机的稳定运行范围。

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插图和附表清单

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2轴流压气机及其设计技术的发展历程

1.3压气机加级的研究现状

1.4压气机叶型造型方法的发展历程

1.5本文主要研究内容

第2章 数值方法及计算网格

2.1引言

2.2数值计算方法

2.3计算网格

2.4本章小结

第3章 零级压气机的匹配和三维设计

3.1引言

3.2原压气机的性能和加级要求

3.3加级的基本原理

3.4加级的设计流程

3.5加级匹配点的选择

3.6零级的气动设计

3.7网格的生成与网格质量检验

3.8初始边界设置及收敛标准

3.9本章小结

第4章 零级与原压气机的匹配及性能优化

4.1引言

4.2零级压气机的性能优化

4.3零级压气机的总体性能和预期设计目标的对比

4.4压气机的匹配加级对原级的影响

4.5加级后整机的性能研究

4.6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