用于压气机性能计算的流线曲率法拓展研究

摘要

压气机作为航空发动机的重要部件，目前正向着更高的级负荷和更低的展弦比方向发展，与此相关的复杂叶片三维造型技术，如前后掠、周向弯、复合倾斜叶片等在压气机设计中得到了广泛应用。此时复杂的二次流等使压气机内部流动变得难以分析，如何快速而有效地预测出压气机的性能参数对传统的压气机性能计算方法构成了严重挑战。虽然随着高性能计算机和计算理论的发展，三维CFD技术得到了广泛应用，但是以流线曲率法为代表的通流计算方法凭借着计算速度快、计算结果处理高效以及对已有压气机实验数据的整合能力强等优点，依然在压气机设计阶段发挥着无可替代的作用。论文以此为背景，对传统的流线曲率法做了进一步的研究工作，内容主要有以下几点：
　　1.对流线曲率法的历史和发展方向做了深入调研，总结出传统流线曲率法目前存在的主要问题和改进方法；
　　2.针对一款拥有丰富实验数据的实验用四级压气机，说明了原有落后角模型和损失模型关联曲线的局限性，并给出了扩充的落后角和损失模型关联曲线；
　　3.针对原有流线曲率法所采用径向积分线容易穿越前后掠叶片通道的问题，推导出了轴向速度沿近正交方向的积分平衡方程，借助五级高压压气机算例对替换积分方程前后的计算结果进行对比分析，并进一步探讨了积分线斜率对计算结果的影响；
　　4.针对现代高负荷、低展弦比压气机存在的严重的径向掺混问题，推导出相应的径向掺混模型方程，并提出了在流线曲率法中添加径向掺混模型的方法。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 流线曲率法

2.1 简化的物理模型

2.2 控制方程的推导和离散

2.3 基准攻角、落后角及损失模型

2.4 气流参数的计算

2.5 计算流程

第三章 落后角和损失模型关联曲线的扩充

3.1 低速压气机简介

3.2 计算模型

3.3 落后角和损失模型关联曲线的适用性

3.4 落后角和损失模型关联曲线的扩充

3.5 本章小结

第四章 修改轴向速度的积分线

4.1 修改积分线的必要性

4.2 准正交向平衡方程的推导

4.3 准正交向平衡方程的离散

4.4 径向平衡方程的推导及离散

4.5 算例分析

第五章 考虑径向掺混的方法和模型方程的推导

5.1 考虑径向掺混的方法和假定

5.2 掺混模型方程的推导

5.3 掺混模型方程的求解

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文