多级高负荷轴流压气机设计工况气动性能分析

摘要

跨音压气机是实现先进燃气轮机压气机高负荷要求的重要技术手段,在显著提高平均级压比的同时,引入了激波等复杂流动结构.本文针对某三级跨音轴流压气机开展数值研究,获得并分析其在设计转速和设计点条件下的气动性能和流场细节.结合试验数据对计算流体力学(CFD)计算结果的可靠性进行验证,并探讨网格参数等因素对计算结果的影响,进而获得在有限计算资源条件下准确度足够高的数值方案.其中,设计转速特性曲线与设计点径向分布定性、定量吻合良好,流量偏差小于1%,效率偏差小于1个百分点.本文详细总结各级动、静叶扩压能力、损失水平的变工况与径向分布规律,确定第三级动、静叶在设计点和变工况条件下均存在不同程度的流动问题,且与堵塞和失速现象的发生存在强相关性.结合具体流场结构分析,设计点处第三级动叶中间叶高出现波前马赫数峰值,进而出现激波诱导的边界层分离泡;第三级静叶具有较差的变工况性能,其叶根角区失速是定常雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)计算条件下该压气机的失速形式.