跨声速离心压气机机匣处理扩稳机理与多目标优化
发布时间：2021-07-07 19:04
随着能源问题的日益严峻,内燃机的节能减排越来越受到关注,涡轮增压器以其提高燃油经济性和减少废气排放等优势,迅速成为车、船等动力系统中的关键设备。离心压气机作为涡轮增压器的核心部件,通过高速旋转实现气体压缩,将机械能转化为气体压能。随着对涡轮增压器更高压比的需求,离心压气机转速也不断增大,流道内强烈的激波效应与复杂的跨声速流动相互干扰,导致压气机稳定性能降低,工况范围变窄。为保障涡轮增压器在高压比条件下的高效率、宽流量和稳定工作范围,目前最有效的方法是压气机的机匣处理（Casing Treatment,简称CT）。本文以直通回流式自循环机匣处理为研究对象,通过对有、无机匣处理的某高压比跨声速离心压气机进行全三维数值模拟,在验证数值方法可靠的前提下分析不同工况下机匣处理的扩稳机理。堵塞工况下,部分流体通过机匣处理直接进入压气机,流通面积的增加导致堵塞流量增大。近失速工况下,机匣处理抽吸槽对叶顶间隙泄漏涡的抽吸作用使得泄漏涡在叶片通道内的传播被阻断,有效防止泄漏涡在叶轮通道内的进一步扩张,改善了叶片通道内的流通状况;同时受机匣处理回流槽的影响,流体的进口冲角减小,降低了叶片入口附近的流动分离...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 离心压气机机匣处理的研究现状
1.3 本文的主要工作
第二章 跨声速离心压气机数值模拟
2.1 数值方法
2.1.1 基本方程
2.1.2 湍流方程
2.1.3 Spalart-Allmaras模型
2.2 计算模型
2.2.1 结构与性能参数
2.2.2 网格划分
2.2.3 边界条件
2.2.4 网格无关性与实验验证
2.3 机匣处理扩稳机理分析
2.3.1 堵塞工况
2.3.2 近失速工况
2.4 本章小结
第三章 离心压气机机匣处理数据挖掘
3.1 采样方法
3.1.1 拉丁超立方采样法
3.1.2 最优拉丁超立方采样法
3.1.3 机匣处理几何结构参数
3.2 Kriging模型
3.2.1 模型的基本理论
3.2.2 模型的误差分析
3.3 数据挖掘
3.3.1 单因素数据挖掘：灵敏度分析
3.3.2 多因素数据挖掘：方差分析
3.4 本章小结
第四章 离心压气机机匣处理多目标优化
4.1 多目标优化基本理论
4.1.1 多目标优化问题
4.1.2 遗传算法
4.1.3 NSGA-II算法
4.2 机匣处理多目标优化方案
4.3 机匣处理多目标优化结果分析
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]自循环机匣处理轴向位置影响扩稳能力的机理[J]. 张皓光,安康,谭锋,楚武利,吴艳辉. 航空动力学报. 2017(04)
[2]机匣处理对跨声速离心压气机性能影响[J]. 曹四. 推进技术. 2017(04)
[3]反叶片角向缝机匣处理影响轴流压气机性能的机理[J]. 张皓光,谭锋,楚武利,吴艳辉,旷海洋. 航空动力学报. 2016(10)
[4]Multi-point Optimization of Recirculation Flow Type Casing Treatment in Centrifugal Compressors[J]. Min Thaw Tun,Daisaku Sakaguchi. Journal of Thermal Science. 2016(03)
[5]目标优化算法在叶片参数化设计中的应用[J]. 刘正先,韩博,鲁业明. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(01)
[6]离心压气机自循环机匣处理扩稳机理分析[J]. 康剑雄,黄国平,朱俊强,温殿忠. 航空学报. 2014(12)
[7]进气回流机匣处理离心压气机的扩稳机理[J]. 龚义朝,杜礼明,王澄宇,王焱. 内燃机学报. 2014(01)
[8]一种强耦合Spalart-Allmaras湍流模型的RANS方程的高效数值计算方法[J]. 杨小权,杨爱明,孙刚. 航空学报. 2013(09)
[9]带有孔式机匣的离心压气机非定常数值模拟[J]. 徐伟,王彤,丁亮,谷传纲. 上海交通大学学报. 2012(04)
[10]小流量工况下采用孔式机匣的离心压气机内部流场分析[J]. 徐伟,王彤,谷传纲. 中国电机工程学报. 2012(02)
博士论文
[1]跨音压气机机匣处理扩稳机理和设计方法研究[D]. 周小勇.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[2]内燃机高压比离心压气机扩稳非对称流动控制研究[D]. 杨名洋.清华大学 2011
硕士论文
[1]涡轮增压离心压气机非对称有叶扩压器扩稳机理研究[D]. 金磊.清华大学 2014
[2]压气机流动失稳DSP在线控制方法的研究[D]. 李琳.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3270194
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 离心压气机机匣处理的研究现状
1.3 本文的主要工作
第二章 跨声速离心压气机数值模拟
2.1 数值方法
2.1.1 基本方程
2.1.2 湍流方程
2.1.3 Spalart-Allmaras模型
2.2 计算模型
2.2.1 结构与性能参数
2.2.2 网格划分
2.2.3 边界条件
2.2.4 网格无关性与实验验证
2.3 机匣处理扩稳机理分析
2.3.1 堵塞工况
2.3.2 近失速工况
2.4 本章小结
第三章 离心压气机机匣处理数据挖掘
3.1 采样方法
3.1.1 拉丁超立方采样法
3.1.2 最优拉丁超立方采样法
3.1.3 机匣处理几何结构参数
3.2 Kriging模型
3.2.1 模型的基本理论
3.2.2 模型的误差分析
3.3 数据挖掘
3.3.1 单因素数据挖掘：灵敏度分析
3.3.2 多因素数据挖掘：方差分析
3.4 本章小结
第四章 离心压气机机匣处理多目标优化
4.1 多目标优化基本理论
4.1.1 多目标优化问题
4.1.2 遗传算法
4.1.3 NSGA-II算法
4.2 机匣处理多目标优化方案
4.3 机匣处理多目标优化结果分析
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]自循环机匣处理轴向位置影响扩稳能力的机理[J]. 张皓光,安康,谭锋,楚武利,吴艳辉. 航空动力学报. 2017(04)
[2]机匣处理对跨声速离心压气机性能影响[J]. 曹四. 推进技术. 2017(04)
[3]反叶片角向缝机匣处理影响轴流压气机性能的机理[J]. 张皓光,谭锋,楚武利,吴艳辉,旷海洋. 航空动力学报. 2016(10)
[4]Multi-point Optimization of Recirculation Flow Type Casing Treatment in Centrifugal Compressors[J]. Min Thaw Tun,Daisaku Sakaguchi. Journal of Thermal Science. 2016(03)
[5]目标优化算法在叶片参数化设计中的应用[J]. 刘正先,韩博,鲁业明. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(01)
[6]离心压气机自循环机匣处理扩稳机理分析[J]. 康剑雄,黄国平,朱俊强,温殿忠. 航空学报. 2014(12)
[7]进气回流机匣处理离心压气机的扩稳机理[J]. 龚义朝,杜礼明,王澄宇,王焱. 内燃机学报. 2014(01)
[8]一种强耦合Spalart-Allmaras湍流模型的RANS方程的高效数值计算方法[J]. 杨小权,杨爱明,孙刚. 航空学报. 2013(09)
[9]带有孔式机匣的离心压气机非定常数值模拟[J]. 徐伟,王彤,丁亮,谷传纲. 上海交通大学学报. 2012(04)
[10]小流量工况下采用孔式机匣的离心压气机内部流场分析[J]. 徐伟,王彤,谷传纲. 中国电机工程学报. 2012(02)
博士论文
[1]跨音压气机机匣处理扩稳机理和设计方法研究[D]. 周小勇.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[2]内燃机高压比离心压气机扩稳非对称流动控制研究[D]. 杨名洋.清华大学 2011
硕士论文
[1]涡轮增压离心压气机非对称有叶扩压器扩稳机理研究[D]. 金磊.清华大学 2014
[2]压气机流动失稳DSP在线控制方法的研究[D]. 李琳.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3270194
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