非轴对称静叶间隙对畸变条件下压气机流场影响的数值研究

摘要

随着航空工业的发展和提高，航空发动机/燃气轮机已成为21世纪的最具有战略意义的国防工业产品，成为世界各国工业发展的主要方向。随着对军用飞机飞行速度、高度等性能要求的不断提高，以及飞机特种机动性的不断增强，航空发动机的压气机绝大多数情况都工作在进口畸变条件下，压气机的稳定性和工作效率明显降低。因此，提高畸变条件下压气机的稳定性和工作效率的研究已成为航空发动机发展研究的重要方向，对于改善畸变条件下压气机性能和稳定裕度的技术手段的研究具有迫切的理论意义和工程价值。
　　本文以大连海事大学船用小型燃气轮机技术重点实验室的跨声速单级轴流压气机为研究对象。首先采用数值模拟方法分析了改型压气机在最高效率点和近失速工况条件下的流场结构，发现该压气机在近失速工况下静叶叶顶处存在较大分离，静叶叶根附近气流流动情况较好，因此本文在静叶叶顶位置开设不同结构参数的间隙，分析了静叶顶部间隙结构参数对近失速工况下压气机性能的影响机理，发现了静叶顶部前缘间隙产生的泄漏流可以吹除分离，降低低能流体在吸力面和端壁角区的积聚，减轻流道堵塞，改善静叶通流能力，进而提高压气机的稳定裕度和工作效率。
　　最后，本文将改型效果最好的静叶叶顶局部间隙方案应用到受畸变影响的静叶流场中，在畸变影响区域内布置不同数量的带间隙静叶，研究不同数量带间隙结构的静叶对压气机性能的影响。研究结果表明在畸变影响区域内布置9个带顶部间隙的静叶能够改善静叶吸力面侧由畸变引起的分离流动，且在保证压气机效率的同时提高压气机的稳定裕度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义和背景

1．2 总压畸变的影响及研究现状

1．2．1 压气机进口畸变的类型

1．2．2 总压畸变的研究现状

1．3 非轴对称结构在叶轮机械中的研究现状

1．3．1 非轴对称结构应用背景

1．3．2 非轴对称结构在叶轮机械中的应用现状

1．4 静叶间隙对流场结构和流动特性影响

1．5 本文研究内容及目的

2．1 引言

2．2 数值模拟方法

2．2．1 数值模拟软件简介

2．2．2 控制方程

2．2．3 湍流模型

2．3 计算模型和程序标定

2．3．1 静叶间隙对压气机性能影响研究模型和标定

2．3．2 非轴对称静叶间隙对畸变进口压气机性能影响研究模型和标定

2．4 本章小结

第3章 静叶叶顶局部间隙对压气机性能的影响

3．1 引言

3．2 原型压气机静叶流场结构分析

3．2．1 设计工况下静叶流场分析

3．2．2 近失速工况下静叶流场结构分析

3．3 间隙长度对压气机性能及流场的影响

3．2．1 间隙结构方案

3．2．2 间隙长度对压气机性能影响

3．2．3 间隙长度对流场结构的影响

3．4 间隙高度对压气机性能和流场的影响

3．4．1 间隙结构方案

3．4．2 间隙高度对压气机性能影响

3．4．3 间隙高度对流场结构的影响

3．4．4 间隙高度对稳定裕度影响的分析

3．5 本章小结

第4章 非轴对称静叶间隙对畸变条件下压气机流场影响

4．1 引言

4．2 进口总压畸变对原型压气机性能及流场结构影响

4．2．1 进口总压畸变对原型压气机性能的影响

4．2．2 畸变流场沿压气机传递过程

4．2．3 进口总压畸变对静叶流场结构的影响

4．3 非轴对称静叶间隙对压气机性能和流场结构的影响研究

4．3．1 非轴对称方案介绍

4．3．2 非轴对称静叶间隙对压气机总性能影响

4．3．3 非轴对称静叶间隙对静叶流场结构的影响

4．4 本章小结

结论

展望及建议

参考文献

攻读学位期间公开发表论文及发明专利

致谢

作者简介