1.5级轴流跨音压气机气动特性的实验和数值计算研究

发布时间：2017-03-30 22:10

  本文关键词：1.5级轴流跨音压气机气动特性的实验和数值计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代轴流压气机正向着高负荷、高压比、宽稳定工作范围的方向发展,而超、跨音压气机的压比高,流动复杂,叶栅中存在激波以及其与边界层、通道涡干涉等现象,因而对轴流跨音压气机的研究显得十分重要本文以某F级燃机首级模化的1.5级跨音压气机作为研究对象,通过实验和数值计算两个方面展开研究。实验方面,完善了实验台测量系统,整个测量系统包括三个子系统:压气机总体性能的测量系统;压气机失速和喘振的检测系统;压气机机匣静压的测量系统,这部分又包含压气机沿轴向机匣静压分布,以及动叶顶部静压分布两个部分。数值计算方面,对该压气机进行建模,并进行定常数值计算和非定常数值计算,对该压气机性能及流动状况进行了详细的分析。实验研究表明:实验台测量系统良好,能够获得压气机完整地性能曲线;测得在10000rpm转速下,失速团沿周向传播速度大约为压气机转速的0.67倍;通过对压气机沿轴向静压的分布测量发现,空气经过进口导叶加速,而主要的增压过程是在压气机级中完成的;本文发现采用BP神经网格方法能够相对较好的复现动叶机匣静压流场分布情况,动叶顶部泄漏流会随着压气机转速的增大和流量的减小,强度会不断变大;利用快速傅立叶变换将动叶顶部非定常压力场时域图转换成频谱图,分析主频幅值发现,机匣静压的波动主要出现在动叶前半部分,而且这种波动随着转速增大以及流量减小而增大;数值计算表明:通过对比实验数据发现,所使用的数值计算方法能够很好地获得压气机的性能曲线。本文分析了压气机三个典型工况即近堵塞点、近设计点、近失速工况下的流动特征,研究了压气机不同叶片通道的激波和流动分离现象。分析了压气机气动参数在叶高方向的分布与流动状况的对应情况。动叶顶部间隙区域的泄漏流动包括始于动叶吸力面前缘的泄漏涡,以及会撞击相邻动叶片位于动叶中部的泄漏流,和位于动叶尾部的泄漏流,发现动叶顶部泄漏涡的强度随着压气机流量的减小以及动叶顶部间隙的变大而增大。非定常计算发现了动叶顶部泄漏流沿动叶旋转方向相反的方向(相对动叶坐标),以2倍的动叶叶栅通过速度向相邻的动叶传播。
【关键词】：1.5级轴流压气机 实验台 数值计算 泄漏流
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH453
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-19
• 1.1 研究背景8-12
• 1.1.1 压气机内复杂流动研究9-10
• 1.1.2 压气机失速先兆和机理研究10-12
• 1.2 国内外压气机台实验研究进展12-18
• 1.2.1 低速大尺寸轴流压气机的研究进展12
• 1.2.2 国内外基于跨音实验台及相关的研究工作12-18
• 1.3 论文的主要研究内容18-19
• 第2章 实验台与测量系统19-37
• 2.1 实验台系统19-27
• 2.1.1 压气机20-22
• 2.1.2 动力系统22-23
• 2.1.3 润滑冷却系统23-25
• 2.1.4 进、排气系统25-27
• 2.2 实验测量系统27-36
• 2.2.1 压气机性能测量28-30
• 2.2.2 失速、喘振信号检测系统30-31
• 2.2.3 压气机机匣静压测量31-33
• 2.2.4 实验测量数采系统33-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第3章 1.5 级轴流压气机实验研究37-54
• 3.1 压气机性能研究37-41
• 3.1.1 压气机性能曲线37-38
• 3.1.2 压气机失速现象的探究38-41
• 3.2 沿轴向机匣静压分布41-44
• 3.3 动叶机匣静压分布44-53
• 3.3.1 动叶机匣静压复现方法研究45-47
• 3.3.2 静压实验结果的复现47-50
• 3.3.3 静压实验数据频谱分析50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 数值计算的理论基础54-61
• 4.1 控制方程组54-56
• 4.2 湍流模型56-58
• 4.3 网格划分58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 数值计算与实验结果对比61-89
• 5.1 定常计算设置61-65
• 5.1.1 研究对象61
• 5.1.2 计算网格划分61-63
• 5.1.3 网格无关性验证63-64
• 5.1.4 计算参数的设置64-65
• 5.2 定常计算结果65-81
• 5.2.1 压气机总体性能曲线与实验结果对比65-66
• 5.2.2 典型工况下的流动特性66-71
• 5.2.3 叶高方向的气动参数变化71-74
• 5.2.4 动叶机匣静压数值计算和实验结果对比74-75
• 5.2.5 顶部泄漏流部分75-81
• 5.3 非定常计算设置过程81-85
• 5.3.1 压气机非定常的计算81-84
• 5.3.2 非定常计算点压气机性能曲线上定位84-85
• 5.4 非定常计算的结果分析85-88
• 5.4.1 压气机动叶顶部泄漏流流动规律85-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第6章 结论与展望89-92
• 6.1 结论89-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-97
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘波,王强;不同分流比下风扇/压气机组合体性能预估研究[J];西北工业大学学报;2001年03期

2 王华青,陈矛章;高负荷高通流跨音压气机的研制和应用[J];航空动力学报;2003年02期

3 陈懋章;刘宝杰;;中国压气机基础研究及工程研制的一些进展[J];航空发动机;2007年01期

4 汪伟;何立明;于锦禄;;压气机虚拟试验仿真平台设计与实现[J];空军工程大学学报(自然科学版);2007年03期

5 刘滨春;;压气机级间引气对压气机性能影响的研究[J];中国科技信息;2008年16期

6 刘波;陈云永;项效昒;侯为民;;对转压气机数值模拟及实验研究[J];推进技术;2008年04期

7 陶立权;孙鹏;杨坤;;风扇/压气机进口畸变问题数值研究进展[J];中国民航大学学报;2010年02期

8 陈云永;刘波;谢彦文;;对转压气机特性影响因素分析研究[J];工程热物理学报;2010年07期

9 李冬;李本威;杨欣毅;邓斌;;压气机性能衰退和清洗恢复仿真研究[J];计算机仿真;2010年09期

10 苗厚武,蔡晓钟,高金满;端削技术在跨音速压气机上的应用[J];燃气涡轮试验与研究;1996年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 浦鹏;孙涛;李冬;;压气机性能影响因素研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年

2 沈腾;;无线数据传输技术在压气机测试中的应用研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

3 李建君;顾春伟;;压气机1．5跨音级内部流动分析[A];中国动力工程学会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集[C];2007年

4 张健新;武卉;高飞龙;;某压气机试验器旁路退喘系统结构设计及应用[A];第十五届中国科协年会第13分会场：航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年

5 朱理;;三次样条插值函数算法在压气机性能试验中的应用[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年

6 朱理;;三次样条插值函数算法在压气机性能试验中的应用[A];2010航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年

7 郭明;周盛;吴介之;;基于局部动力学的内流(风扇/压气机)气动诊断方法初探[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年

8 赵连会;何磊;徐强;崔耀欣;虎煜;;某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化[A];中国动力工程学会透平专业委员会2011年学术研讨会论文集[C];2011年

9 符娆;雷勇;;基于HHT的压气机气动失稳检测技术研究[A];2010航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年

10 孙明霞;梁春华;;提高轴流压气机稳定性的技术措施[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 高山　张若萌;激扬动力[N];中国航空报;2011年

2 中航工业燃气涡轮研究院 曹志鹏;未来高负荷风扇/压气机局部流动控制技术[N];中国航空报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 高坤华;基于混沌理论的压气机失速预测及分析[D];西北工业大学;2007年

2 赵勇;风扇/压气机非设计点性能计算和进气畸变影响预测方法研究[D];南京航空航天大学;2008年

3 羌晓青;低反动度附面层抽吸式压气机流动控制及设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 高海洋;畸变条件下端区流动对压气机稳定性影响的机理研究[D];大连海事大学;2014年

5 罗钜;高性能风扇/压气机三维叶片气动设计与实验研究[D];南京航空航天大学;2013年

6 张环;旋转总压畸变对压气机稳定性影响的研究[D];南京航空航天大学;2009年

7 龙艳丽;高负荷氦气压气机气动设计及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

8 李亮;叶尖射流对压气机稳定性影响研究[D];南京航空航天大学;2013年

9 屠宝锋;风扇/压气机动态失速过程和多尺度非定常气动稳定性研究[D];南京航空航天大学;2009年

10 陈杰;跨声速微型斜流压气机设计方法研究[D];南京航空航天大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 安鑫;跨音压气机边界层抽吸控制方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

2 管健;旋转冲压压缩转子试验系统气动性能数值研究[D];大连海事大学;2015年

3 梁齐文;燃气轮机压气机改型设计方法研究[D];上海交通大学;2015年

4 阮国辉;跨声速低反力度压气机动叶性能优化研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 刘斌;亚声速重复级压气机试验台气动与结构设计[D];大连海事大学;2015年

6 桑晶晶;船用废气涡轮增压器压气机流场及气动噪声数值仿真研究[D];江苏科技大学;2015年

7 胡勇;空气涡轮火箭组合发动机总体方案研究与优化设计[D];国防科学技术大学;2013年

8 刘军;跨声速压气机应用弯曲叶片的数值研究[D];大连海事大学;2016年

9 薛嘉麒;组合抽吸对旋转冲压压缩转子性能的影响[D];大连海事大学;2016年

10 芦建斌;叶轮设计对车用涡轮增压器压气机的效率及噪声影响的研究[D];浙江大学;2016年

  本文关键词：1.5级轴流跨音压气机气动特性的实验和数值计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：278193