高负荷扩压叶栅内旋涡结构建模研究

发布时间：2017-08-19 18:01

  本文关键词：高负荷扩压叶栅内旋涡结构建模研究

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【摘要】：气体流过叶栅的过程中会形成多种复杂的集中涡系,这些二次流旋涡的生成、演绎与发展支配着整个流场特性。目前,压气机叶栅的气动负荷不断提高,栅内呈现出更为显著的三维流动特征,二次流损失占总损失的比重日趋上升,为能更深入地揭示大转角压气机叶栅内的流动机理,探索叶栅内旋涡及旋涡间的相互作用关系就具有重要意义。本文在试验数据的基础上,应用NUMECA数值软件,校核了常用湍流模型对叶栅流场模拟精度的影响,寻找出最优的计算方法。借助拓扑分析理论,详细论述了大转角压气机叶栅内的三维定常旋涡结构,并构建出旋涡结构的模型图。此外,考虑到叶轮机械内的非定常固有属性,本文应用CFX计算了叶栅S1流面的二维非定常流场,针对叶栅在大正冲角下的旋涡动态脱落过程进行了拓扑分析。分析认为,对于本文研究的大转角扩压叶栅流场,k-ε(EWF)湍流模型具有更高的适用性。本文计算条件下,共发现九种涡系结构,其中,通道涡对流场的组织作用最强,流场出口最终形成集中脱落涡与通道涡并存的稳定状态。二维非定常计算表明,在大正冲角下叶栅流道内主要存在吸力面分离涡和尾缘涡,旋涡周期性地形成、脱落,脱落频率分别为104.7Hz和156.0Hz,吸力面分离涡抑制和归并与其临近的弱小旋涡,同时旋涡形成的低压区促使叶片局部气动负荷上升。
【关键词】：扩压叶栅 旋涡结构 数值模拟 拓扑分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK471
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 压气机叶栅旋涡模型研究现状10-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 涡动力学基本概念及拓扑法则19-44
• 2.1 引言19-20
• 2.2 涡动力学基本概念20-23
• 2.3 分离模式和判据23-31
• 2.3.1 二维分离模式和判据23-27
• 2.3.2 三维分离模式和判据27-31
• 2.4 拓扑方法在流场定性分析中的应用31-40
• 2.4.1 奇点特性及分类31-33
• 2.4.2 表面及横截面拓扑规律33-36
• 2.4.3 拓扑法则36-40
• 2.5 拓扑法则在叶轮机械中的应用40-43
• 2.5.1 静叶栅表面拓扑法则40-41
• 2.5.2 流道横截面拓扑法则41-42
• 2.5.3 跨叶片截面拓扑法则42-43
• 2.6 小结43-44
• 第3章 不同湍流模型在高负荷扩压叶栅计算中的应用对比44-54
• 3.1 引言44-45
• 3.2 校核方案45-48
• 3.3 校核结果分析48-53
• 3.4 小结53-54
• 第4章 高负荷扩压叶栅三维定常旋涡结构建模研究54-80
• 4.1 引言54
• 4.2 无叶顶间隙叶栅流场的结果分析54-72
• 4.2.1 横截面拓扑分析54-68
• 4.2.2 壁面拓扑分析68-72
• 4.3 具有叶顶间隙叶栅流场的结果分析72-79
• 4.3.1 具有叶顶间隙叶栅流场的横截面拓扑分析73-76
• 4.3.2 具有叶顶间隙叶栅流场的壁面拓扑分析76-79
• 4.4 小结79-80
• 第5章 高负荷扩压叶栅二维非定常数值模拟80-95
• 5.1 引言80-81
• 5.2 数值方法81-82
• 5.3 结果分析讨论82-93
• 5.3.1 频谱分析82-84
• 5.3.2 拓扑结构分析84-90
• 5.3.3 损失分布90-92
• 5.3.4 叶表静压分布92-93
• 5.4 小结93-95
• 结论95-97
• 参考文献97-102
• 攻读学位期间公开发表论文及所获奖项102-103
• 致谢103-104
• 作者简介104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄玉娟;李晓东;陈江;;湍流模型对涡轮数值模拟结果的影响[J];工程热物理学报;2007年S1期

2 张华良;董学智;谭春青;张东阳;王松涛;;扩压叶栅二维流动分离的数值模拟[J];工程热物理学报;2008年08期

3 鹰舞;;六代机动力系统[J];兵器知识;2012年09期

4 唐燕平,陈矛章,陈芳;扩压叶栅中的旋涡流动[J];航空动力学报;1990年02期

5 周晓勃;侯安平;周盛;;二维扩压叶栅非定常涡面分析[J];航空动力学报;2008年08期

6 李孝堂;;燃气轮机的发展及中国的困局[J];航空发动机;2011年03期

7 ;Study on topology and vortex structure in a diffusion cascade[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2009年08期

8 张涵信;旋涡沿轴线的非线性分叉[J];空气动力学学报;1994年03期

9 邓学蓥;分离流动物理特性研究进展[J];力学进展;1989年01期

10 张晓军;周军;;美国空军中意AETD发动机[J];航空世界;2013年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 钟兢军;弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究[D];哈尔滨工业大学;1996年

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本文编号：702123