轴流叶轮机械静叶时序效应研究
发布时间：2020-08-27 22:57
【摘要】： 由于叶轮的旋转,叶轮机内部流动是非定常的。在设计和计算中,我们就需要考虑非定常的特性。时序效应,作为一种利用非定常特性以提高叶轮机械气动性能的方法,受到研究者关注。 所谓叶轮机械时序效应,即指改变前后级同名叶片周向相对位置,会对整个机械性能产生影响。本文采用CFD方法来研究时序效应的产生机理,提出相关公式对轴流叶轮机械前后级进行时序定位。论文采用Numeca软件对NASA实验用1.5级(静/转/静)轴流压气机进行了二维以及三维非定常数值模拟,同时引入汉诺威大学的1.5级实验透平二维计算以及对应的全通道环列计算作为比较,根据计算的结果,分析出时序效应产生的机理主要在于两方面:一.动叶的非定常气动力受到前排静叶尾迹扰动以及后排叶栅中周期性变化的压力场所产生的势扰动的同时影响,时序位置的改变,会使两种扰动产生有利或不利的迭加,从而减小或增大了动叶表面的非定常气动力。二.第一级静叶尾迹在最佳时序位置时,与第二级静叶附面层发生了有利的干扰,从而减小了流动损失,使得效率有所提高。在机理研究的基础上,针对该1.5级轴流透平及压缩机算例,我们对时序定位的方法在二维以及三维上均进行了探讨,以期达到最佳效率及气动性能。二维定位上,提出了简化的公式,并利用数值模拟的结果进行了验证,结果表明,该时序定位方法具有一定的参考价值。三维时序定位本文尝试改变第二级静叶前缘线的形状,以期达到最大化时序效应。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH453
【图文】：
klebF 是 Klebanoff 间歇函数，表达式是：6 max( ) [1 5.5( ) ]klebklebC yF yy = +idifU 是平均速度分布中最大值和最小值之差，几个模化常数的值为：A+=2.6，klebC =0.wkC =1。可以看出，雷诺应力完全由当时当地的平均流参数的代数关系式所决定。2.1.3 各算例计算网格及边界条件的选取计算分轴流压气机二维及三维工况；轴流透平的二维和准三维全通道工况。1.5 级压气机工况模型的选择： 计算压气机的二维计算选取的实际上是一个环面，截取于实际三维模型的中径截面，该三维压气机的动静叶片均为 20 片，设计转速为 5400r/min，设计流量为：5.06kg/s，原始叶型为 NASA 标准翼型 。二维计算采用的是 HO 型网格，如图 1 所示，加密靠近叶片壁面网格节点，图2.1 同时示出了边界处的网格情况，各网格块的网格分布进口、一级静叶、动叶、二级静叶、出口分别为：85×33、61×365、61×465、61×365、73×33，径向设置为一层网格，厚度为 0.78mm，该 1.5 级压气机总网格数为 156218，网格如下图所示：
图 2.2 三维压气机算例网格图Fig.2.2 1.5 stages compressor’s 3D mesh边界条件设置如下：总压： 101325inp =Pa温度： 288inT =K静压： 103000outp =Pa常计算，初场为对应的定常计算结果，一个栅距通道转动周期内，间步,迭代 20 个周期后，所有参数均出现周期性变化，从而确定收敛工况的选择：动静叶片均为 29（为了计算方便，此处做了约化处理，，设计转速为 7500r/mn，设计流量为 7.8kg/s，二维计算截取中径近网格进行加密。计算控制方程是雷诺平均 N-S 方程，由于零方程以及可以比较好的模拟附着边界层湍流，因此选用 B-L 湍流模型，总网格数为 156218，径向设置为一层网格，厚度为 0.78mm，网格时，将单通道环绕一圈形成了全通道的网格，如图 2.4 所示，非定
第 12 页图 2.4 透平环列全通道计算网格Fig.2.4 Turbine’s all around channels mesh气机非定常计算结果分析气机非定常计算与定常计算性能的比较叶轮机械流场的非定常性做了介绍，非定常是叶轮机 CFD 软件，从压气机的数值计算方法及计算结果上对介绍。非定常计算和定常计算最大的区别在于计算方了时间变量，在叶排间数据传递上，两者也存在着很
本文编号：2806719
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH453
【图文】：
klebF 是 Klebanoff 间歇函数，表达式是：6 max( ) [1 5.5( ) ]klebklebC yF yy = +idifU 是平均速度分布中最大值和最小值之差，几个模化常数的值为：A+=2.6，klebC =0.wkC =1。可以看出，雷诺应力完全由当时当地的平均流参数的代数关系式所决定。2.1.3 各算例计算网格及边界条件的选取计算分轴流压气机二维及三维工况；轴流透平的二维和准三维全通道工况。1.5 级压气机工况模型的选择： 计算压气机的二维计算选取的实际上是一个环面，截取于实际三维模型的中径截面，该三维压气机的动静叶片均为 20 片，设计转速为 5400r/min，设计流量为：5.06kg/s，原始叶型为 NASA 标准翼型 。二维计算采用的是 HO 型网格，如图 1 所示，加密靠近叶片壁面网格节点，图2.1 同时示出了边界处的网格情况，各网格块的网格分布进口、一级静叶、动叶、二级静叶、出口分别为：85×33、61×365、61×465、61×365、73×33，径向设置为一层网格，厚度为 0.78mm，该 1.5 级压气机总网格数为 156218，网格如下图所示：
图 2.2 三维压气机算例网格图Fig.2.2 1.5 stages compressor’s 3D mesh边界条件设置如下：总压： 101325inp =Pa温度： 288inT =K静压： 103000outp =Pa常计算，初场为对应的定常计算结果，一个栅距通道转动周期内，间步,迭代 20 个周期后，所有参数均出现周期性变化，从而确定收敛工况的选择：动静叶片均为 29（为了计算方便，此处做了约化处理，，设计转速为 7500r/mn，设计流量为 7.8kg/s，二维计算截取中径近网格进行加密。计算控制方程是雷诺平均 N-S 方程，由于零方程以及可以比较好的模拟附着边界层湍流，因此选用 B-L 湍流模型，总网格数为 156218，径向设置为一层网格，厚度为 0.78mm，网格时，将单通道环绕一圈形成了全通道的网格，如图 2.4 所示，非定
第 12 页图 2.4 透平环列全通道计算网格Fig.2.4 Turbine’s all around channels mesh气机非定常计算结果分析气机非定常计算与定常计算性能的比较叶轮机械流场的非定常性做了介绍，非定常是叶轮机 CFD 软件，从压气机的数值计算方法及计算结果上对介绍。非定常计算和定常计算最大的区别在于计算方了时间变量，在叶排间数据传递上，两者也存在着很
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 马广健;基于控制载荷法的离心风机单板叶片设计与内部流场分析[D];上海交通大学;2011年
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