轴流式压缩机的扩压因子流型不等功设计方法及应用

摘要

不等功设计是指沿径向欧拉功不相等的叶片设计方法,这种设计方法可以摆脱在等功设计中经常会遇到的叶片根部弯曲严重以致提前失速的缺点。显然,不等功设计方法的难度在于如何控制负荷的变化,而压缩机的负荷和负荷极限对性能、效率和喘振裕度的影响很大,因此有待改进。本文在一种不等功设计方法——扩压因子流型设计方法的基础上,较深入地讨论了扩压因子流型与一些气动参数的关系,并给出了这种方法的理论推导和求解方法,编制了相应的扩压因子流型设计程序。该设计方法将扩压因子沿叶片径向的分布作为一个设计自由度,使设计处于主动地位,可直接控制负荷分布并较好地发挥叶片的做功能力,扩大变工况范围。关于扩压因子流型的应用方面,本文提出了动叶和靜叶扩压因子分布的一些要求与设计准则,为实际应用提供一些有用的设计基础。为了验证程序的正确性和可行性,首先用本文程序分别设计了一个轴流风机和一级轴流压缩机,然后用商业软件NUMECA/Fine分别对其数值模拟,并将此数值模拟结果与本文程序的设计结果进行对比,分析表明本文的设计方法与程序具有较好的正确度与可信度,可应用于实际设计中。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 前言

1.1 轴流压缩机发展

1.1.1 国外轴流压缩机现状

1.1.2 国内轴流压缩机现状

1.2 轴流压缩机叶片设计技术发展及现状

1.2.1 轴流压缩机设计系统的发展

1.2.2 叶片设计方法与研究进展

1.2.3 轴流压缩机气动设计基本步骤

1.3 本文的工作

第二章 轴流压缩机扩压因子流型理论推导

2.1 扩压因子流型的理论和计算

2.1.1 基本方程

2.1.2 计算方程

2.1.3 处理方法

2.1.4 求解方程

2.1.5 各截面之间的的耦合计算

2.2 本章小结

第三章 轴流叶片设计

3.1 程序编制

3.2 轴流风机叶片设计

3.2.1 轴流通风机结构和性能参数范围

3.2.2 叶栅主要几何参数和气流参数

3.2.3 轴流风机方案选择

3.2.4 轴流通风机设计方法

3.2.5 用参数化方法绘制叶型

3.2.6 风机叶片设计

3.3 轴流压缩机叶片设计

3.4 本章小结

第四章 结果比较与分析

4.1 数值计算方法简介

4.1.1 计算模型和差分格式

4.1.2 CFD 发展简史

4.1.3 控制方程

4.1.4 湍流模型

4.2 轴流风机数值模拟及与程序结果比较分析

4.2.1 差分格式

4.2.2 计算网格

4.2.3 结果比较

4.3 轴流压缩机级数值模拟及与程序结果比较分析

4.4 本章小结

第五章 扩压因子流型应用分析

5.1 动叶扩压因子Dr 与某些气动参数的关系

5.1.1 动叶扩压因子Dr 与叶后相对出口流动角β2 的关系

5.1.2 动叶扩压因子Dr 与反动度φ的关系

5.1.3 动叶扩压因子Dr 与动叶总压比P2*a / P1 *a 的关系

5.1.4 动叶扩压因子Dr 与动叶等熵效率ηr 的关系

5.1.5 动叶扩压因子Dr 与动叶后静压p 2 的关系

5.2 给定初始的扩压因子分布

5.3 本章小结

第六章 全文总结

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

符号与标记

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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