轴流压气机内三维定常旋涡结构建模与分析

发布时间：2017-04-06 09:02

  本文关键词：轴流压气机内三维定常旋涡结构建模与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：燃气轮机的发展对压气机部件的气动性能提出了更高的要求。压气机内的流动是工程中最复杂的现象之一,其主要特征是复杂的涡系。旋涡的形成、发展和破裂,旋涡与主流的相互作用以及旋涡之间的作用决定了流动的基本特征和受力情况。由于旋涡结构直接影响到压气机的能量损失分布、效率和稳定性,研究压气机流道内的旋涡结构和损失增加的机理具有重要意义。 首先,本文对某大转角、高负荷矩形扩压叶栅进行了详细的实验研究。本实验采用L型五孔探针测量了3个冲角下的流道出口横截面的流场信息,得到了出口截面的旋涡结构分布,进而使用数值模拟对实验结果进行补充。 实验表明,在3个冲角下流道中都存在两个通道涡。在-6°和0°冲角下,叶栅中气体流动状态较好,流道中部存在两个集中脱落涡。在+6°冲角下,全叶高出现分离,能量损失急剧增加。进而,对数值模拟结果进行了分析,得出通道涡、集中脱落涡和壁角涡的演变规律。随着冲角的增大,通道涡生成位置前移。 其次,本文研究了某型跨音速压气机级内的旋涡结构。共计算了设计转速下的十三个工况点,并绘制了压气机特性曲线。由数值结果可知,在设计工况下,流动状态较好。在近失速工况下,静叶上半叶高和机匣处出现严重的分离。在阻塞工况下,静叶底部和轮毂处出现分离。 由于压气机级流道横截面的流线图不能清晰的表明旋涡的发展,本文研究了一种二次流计算方法。进而分析了设计工况、近阻塞工况和近失速工况下的静叶流道横截面的旋涡发展。在设计工况下,流道中存在上通道涡和上集中脱落涡以及通道涡衍生涡：在近阻塞工况下,流道中存在压力面前缘分离涡、吸力面-轮毂角区分离涡和上集中脱落涡；在近失速工况下,流道中存在吸力面分离涡。
【关键词】：矩形扩压叶栅 跨音压气机级 旋涡结构 气动性能 实验 数值模拟
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK474.81
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题研究背景和意义11
• 1.2 叶轮机械内的旋涡模型11-17
• 1.2.1 叶轮机械经典旋涡模型12-15
• 1.2.2 压气机叶栅旋涡结构研究现状15-17
• 1.3 高负荷扩压叶栅的研究现状17-18
• 1.4 跨音速压气机级旋涡结构的研究现状18-20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第2章 实验装置与数值模拟方法介绍22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 实验风洞22-23
• 2.3 实验测试系统23-26
• 2.3.1 五孔探针及其校准23-25
• 2.3.2 总压和静压的测量25-26
• 2.4 数据采集系统26
• 2.5 实验数据处理方法26-30
• 2.5.1 数据处理公式26-28
• 2.5.2 实验误差分析28-30
• 2.6 数值模拟方法介绍30-33
• 2.6.1 数值模拟软件介绍30
• 2.6.2 控制方程30-31
• 2.6.3 计算方法31
• 2.6.4 湍流模型介绍31-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 低速矩形扩压叶栅实验结果分析34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 实验叶型及实验方案介绍34-37
• 3.2.1 实验叶型参数34-35
• 3.2.2 实验方案35-36
• 3.2.3 实验台来流附面层测量36-37
• 3.3 0°冲角矩形扩压叶栅流场性能分析37-41
• 3.3.1 不同出口截面总压损失分析37-38
• 3.3.2 不同出口截面流线分析38-40
• 3.3.3 上端壁静压系数及等熵马赫数云图40-41
• 3.4 -6°冲角矩形扩压叶栅流场性能分析41-43
• 3.4.1 不同出口截面总压损失分析41-42
• 3.4.2 不同出口截面流线分析42-43
• 3.4.3 上端壁静压系数及等熵马赫数云图43
• 3.5 +6°冲角矩形扩压叶栅流场性能分析43-46
• 3.5.1 不同出口截面总压损失分析43-45
• 3.5.2 不同出口截面流线分析45
• 3.5.3 上端壁静压系数及等熵马赫数云图45-46
• 3.6 不同冲角下矩形扩压叶栅性能对比46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 矩形扩压叶栅旋涡结构建模与分析48-73
• 4.1 引言48
• 4.2 计算模型和边界条件48-61
• 4.2.1 网格划分方法48-49
• 4.2.2 边界条件设置49
• 4.2.3 来流附面层对数值模拟结果的影响49-51
• 4.2.4 湍流模型选择51-61
• 4.5 不同冲角下扩压叶栅三维旋涡结构分析61-68
• 4.5.1 0°冲角下矩形扩压叶栅内三维旋涡结构分析61-63
• 4.5.2 -6°冲角下矩形扩压叶栅内三维旋涡结构演化规律63-65
• 4.5.3 +6°冲角下矩形扩压叶栅内三维旋涡结构演化规律65-68
• 4.6 旋涡结构演变规律分析68-71
• 4.6.1 通道涡的演变规律68-69
• 4.6.2 集中脱落涡的演变规律69-70
• 4.6.3 壁角涡的演变规律70-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第5章 跨音速压气机级静叶三维旋涡结构建模与分析73-100
• 5.1 引言73
• 5.2 研究对象和数值模拟方法73-78
• 5.2.1 研究对象介绍73-74
• 5.2.2 数值模拟方法74-75
• 5.2.3 数值模拟精度校核75-78
• 5.3 压气机级的性能分析78-87
• 5.3.1 压气机级的特性线78-79
• 5.3.2 动叶内流场分析79-83
• 5.3.3 静叶性能分析83-87
• 5.4 压气机级静叶横截面二次流计算方法探究87-89
• 5.4.1 二次流定义方法87
• 5.4.2 横截面二次流计算方法87-88
• 5.4.3 横截面流线图和二次流线图对比88-89
• 5.5 设计工况下压气机级静叶旋涡结构分析89-92
• 5.6 近阻塞工况下压气机级静叶旋涡结构分析92-95
• 5.7 近失速工况下压气机级静叶旋涡结构分析95-99
• 5.8 本章小结99-100
• 结论100-102
• 参考文献102-106
• 攻读硕士学位期间发表的论文106-107
• 致谢107

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