气动掠对跨声速离心压气机复杂流动结构的控制机理研究

发布时间：2017-08-09 10:15

  本文关键词：气动掠对跨声速离心压气机复杂流动结构的控制机理研究

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【摘要】：涡轮增压技术的发展与小型涡轮增压器的研究紧密相关,作为涡轮增压器的核心部件之一,离心压气机的研究越来越受到叶轮机械领域研究学者的关注,高压比、宽流量的要求也使得离心压气机入口速度越来越大,内部流动越来越复杂,产生了诸多复杂流动现象,需要采用一定的流动控制措施来改善压气机内部流动情况。气动掠技术作为一种优良的流动控制技术,对跨声速离心压气机内部激波、二次流和泄漏涡等流动现象有明显的改善作用,研究气动掠技术对于跨声速离心压气机具有一定的意义。本文对一小型跨声速离心压气机进行多种不同方案的气动掠设计,对离心压气机气动掠的一些作用机理进行探究。通过数值模拟研究以下几个方面对离心压气机气动性能的影响:1、主叶片前缘掠对离心压气机气动性能的影响;2、主叶片和分流叶片混合掠对离心压气机气动性能的影响;3、分流叶片对离心压气机气动性能的影响。通过改变主叶片前缘前掠和后掠角度来控制端壁损失和叶尖区激波结构,在无掠叶片的基础上,设计了多种不同前缘前掠和后掠方案,通过数值模拟研究得出结论:在所有前掠和后掠设计方案中,叶片前缘前掠10°方案压气机内部流动情况最好,通道内激波和低能流团有明显改善,其整体效率较无掠压气机提高0.72%。在主叶片前缘掠的基础上,进行分流叶片掠设计,设计了主叶片和分流叶片同向混合掠和异向混合掠等多种掠形方案,综合比较得出结论:(1)同向型混合前掠方案较无掠叶片整体效率提高1.2%,对叶轮内部流动具有明显改善作用,与主叶片前掠和分流叶片前掠两种方案相比,同向混合型前掠依旧具有明显优势。(2)异向型混合掠中主叶片后掠分流叶片前掠性能较佳,其对叶片根部低马赫数区域具有一定的影响,整体效率较无掠叶片提高0.9%。本文还研究了分流叶片周向位置及轴向弦长对离心压气机性能的影响,得出分流叶片距主叶片压力面较近时,对压气机性能的改善效果最为明显;当分流叶片轴向弦长为主叶片轴向弦长一半时,对减少损失,提高压气机性能有利。
【关键词】：离心压气机 气动掠 流动机理 激波结构 分流叶片
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 论文研究背景及意义11-13
• 1.2 气动掠技术介绍13-15
• 1.2.1 气动掠概念提出13
• 1.2.2 轴流压气机中掠定义13-14
• 1.2.3 离心压气机中掠定义14-15
• 1.3 国内外研究现状15-18
• 1.3.1 跨声速离心压气机流动控制技术研究现状15-16
• 1.3.2 气动掠技术研究现状16-18
• 1.4 论文研究的目的和主要内容18-20
• 第2章 计算模型及数值研究方法20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 数值研究方法20-23
• 2.2.1 控制方程RANS(Reynolds—Averaged Navier-Stokes Equations)20-21
• 2.2.2 湍流模型的选择21-23
• 2.3 数值研究对象23-25
• 2.3.1 数值研究模型23
• 2.3.2 边界条件23-24
• 2.3.3 离心压气机的主要性能参数24-25
• 2.4 模型网格划分及网格无关性验证25-27
• 2.4.1 计算模型网格划分25-26
• 2.4.2 网格质量判定26-27
• 2.4.3 网格无关性验证27
• 2.5 数值计算算例验证27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 主叶片前缘掠对离心压气机性能影响研究30-58
• 3.1 引言30
• 3.2 前缘掠形方案介绍30-31
• 3.3 主叶片前缘前掠方案对比分析31-40
• 3.3.1 主叶片前缘前掠方案设计31
• 3.3.2 总体性能分析31-33
• 3.3.3 堵塞工况点分析33-34
• 3.3.4 最高效率工况点分析34-36
• 3.3.5 二次流分析36-40
• 3.4 主叶片前缘后掠方案对比分析40-48
• 3.4.1 主叶片前缘后掠方案设计40
• 3.4.2 总体性能分析40-41
• 3.4.3 计算结果分析41-48
• 3.5 主叶片前缘掠方案对比分析48-56
• 3.5.1 主叶片前缘掠方案设计48
• 3.5.2 总体性能分析48-50
• 3.5.3 计算结果分析50-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 混合型前缘掠对离心压气机性能影响研究58-74
• 4.1 引言58
• 4.2 主/分流叶片前缘平行混合掠方案的离心压气机流场控制机理分析58-68
• 4.2.1 主/分流叶片前缘平行混合掠方案设计58-59
• 4.2.2 总体性能分析59-61
• 4.2.3 计算结果分析61-68
• 4.3 主/分流叶片前缘非平行混合掠方案的离心压气机流场控制机理分析68-73
• 4.3.1 主/分流叶片前缘非平行混合掠方案设计68
• 4.3.2 总体性能分析68-69
• 4.3.3 计算结果分析69-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 分流叶片不同设计方案下离心压气机流场特性的研究74-82
• 5.1 引言74
• 5.2 分流叶片不同周向位置对离心压气机流场控制机理分析74-77
• 5.2.1 不同周向位置方案设计74-75
• 5.2.2 总体性能比较75
• 5.2.3 计算结果分析75-77
• 5.3 分流叶片不同轴向弦长方案对离心压气机流场控制机理分析77-81
• 5.3.1 不同轴向弦长方案设计77-78
• 5.3.2 总体性能分析78-79
• 5.3.3 计算结果分析79-81
• 5.4 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-89
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单89-90
• 致谢90

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本文编号：644746