压气机端区修型技术研究及应用

发布时间：2017-12-18 09:39

  本文关键词：压气机端区修型技术研究及应用

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【摘要】：压气机是航空/地面/船用燃气轮机和车/船用涡轮增压器的主要部件，其性能水平直接决定了国民经济的高效性和国防装备的先进性，向来是世界各国科技实力的象征之一。提高效率、挖掘负荷能力、拓宽工作裕度是压气机技术发展的一贯趋势，流动损失占压气机总损失份额高于30％的端区强三维、非定常复杂湍流流动是导致性能恶化、制约负荷能力提升的瓶颈。有效组织端区流动以抑制、削弱甚至消除角区分离是压气机负荷最大化研究的突破点之一。 本文针对压气机端区流动调控措施仍显不足的现状，通过分析叶轮机角区分离两类诱因：一是夹杂横向二次流动的叶表/端壁附面层流动交汇（在压气机逆压环境下尤甚）；二是由上游端区二次流、相对运动固壁造成相对坐标系下切向速度差异、转静件间泄漏流导致的端区来流扭曲(大攻角)，主要开展了以下研究内容： 首先，提出了解决端壁扭曲来流的压气机端区修型新思想——前缘边条叶片（Leading Edge Stake Blade，以下简写为LESB），并结合叶身/端壁融合（Blended Bladeand End Wall，以下简写为BBEW）技术，利用Fortran语言开发适用于轴流式、离心式等叶轮机械的端区修型几何造型程序。 其次，在利用叶栅试验数据确认CFD模拟精度及掌握使用经验后，基于CFX软件，针对-5°、0°和5°攻角带端区附面层扭曲来流条件下NACA65原型及LESB叶片流场进行了数值模拟；结果表明，LESB设计能有效组织端区流场，改善压气机性能，而LESB高度、前伸长度选取存在最佳值，边条高度取略大于来流扭曲附面层厚度为宜；对BBEW修型方案采用NUMECA软件，，在主流区-10°、0°和5°攻角不带端区附面层扭曲来流条件下NACA65原型及BBEW叶片流场进行了数值模拟。BBEW设计能削弱吸力面角区分离，提高扩压叶栅气动性能，并具有良好的变工况适应性。 然后，针对Krain离心叶轮开展前缘、主叶片吸/压力面、分流叶片吸/压力面分别实施不同BBEW设计的多种修型方案，发现前缘BBEW设计能使离心叶轮在施加常规工程倒圆的基础上绝热效率提升约0.4个百分点，其展高的影响幅度可以达到20%。主/分流叶片上合理施加BBEW方案可使绝热效率提高0.3%，而总压比提高0.06。 最后，开展带叶片式扩压器的涡轮增压器用离心压气机级的数值模拟工作。采用NUMECA软件，在对原型流动细节分析的基础上，实施吸力面BBEW技术修型，在一定程度上推迟和减弱了角区分离，使得峰值效率提高近0.4%，近阻塞点效率提升近0.7%，压比略有提升而喘振裕度未受影响。最后对比分析了BBEW设计对流场结构影响，给出了性能改善原因。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45

【参考文献】

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1 毛明明,宋彦萍,王仲奇;倒角和间隙对跨音轴流压气机气动性能的影响[J];热能动力工程;2005年05期

2 陈得胜;刘波;那振U

本文编号：1303703