跨声速压气机叶尖间隙流动数值研究

发布时间：2017-10-19 13:43

  本文关键词：跨声速压气机叶尖间隙流动数值研究

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【摘要】：压气机对于燃气涡轮发动机而言,它的作用就是在低流阻损失的情况下对所流过的气流加功以提高其压强。所以,压气机性能的好坏直接关系着发动机效率的高低,而压气机叶顶间隙附近的损失不容忽视。因此,采取有效途径降低间隙泄漏所带来的影响,对提高压气机的效率和增强压气机的稳定性非常重要。本文采用某跨声速压气机直叶片叶栅为计算模型,借助商用计算流体力学软件对其进行数值模拟,通过Spalart-Allmars单方程湍流模型求解三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程,利用二阶迎风的时间推进格式以及标准的近壁函数,网格由结构和非结构的混合形式组成。本文考虑了叶片与机匣的相对运动并且在不同来流速度和攻角的情况下,对加装吸力面小翼的跨声速压气机叶栅进行了数值模拟计算,进一步探讨叶尖小翼对叶栅顶部流场的影响。通过对跨声速叶栅流场的数值模拟可以得出:和常规叶栅相比,小翼的加装使得间隙分面上的泄漏涡远离吸力面侧,机匣上的静压梯度沿着槽道方向逐渐减缓;在出口截面,泄漏涡的作用范围减小,泄漏涡涡核的位置由吸力面侧沿着栅距方向向压力面侧偏移,叶栅高能损失区相比原型明显减小。这些现象均说明,加装吸力面小翼能够有效地削弱叶顶间隙泄漏流动的强度,叶顶区域的气动性能得到有效地改善。但小翼的加装有利也有弊,在超声速来流马赫数时,叶栅出口总压损失略有增加。对于不同的攻角,攻角i=2°与攻角i=98.3°相比,其泄漏涡形成的起点沿着吸力面侧向后迁移,并且出口总压损失降低。同时,端壁运动对叶顶间隙的泄漏造成一定的影响。
【关键词】：跨声速压气机 端壁运动 泄漏涡 流动控制 小翼技术
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符号表11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 本文的研究背景12
• 1.2 压气机叶顶间隙流动的研究12-15
• 1.3 叶尖小翼技术的研究15-16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 第2章 叶栅的理论知识18-24
• 2.1 叶栅的定义18-21
• 2.1.1 叶型的几何参数18-19
• 2.1.2 平面叶栅的几何参数19
• 2.1.3 叶栅的气动参数19-21
• 2.2 平面叶栅中的气流流动21-22
• 2.3 跨声速叶型的流动特性22-24
• 第3章 控制方程及求解模型24-29
• 3.1 控制方程24-27
• 3.1.1 雷诺输运定理24
• 3.1.2 连续方程24-25
• 3.1.3 动量方程25-26
• 3.1.4 动量矩方程26-27
• 3.1.5 能量守恒方程27
• 3.2 湍流模型27-29
• 第4章 模型建立和数值仿真29-40
• 4.1 物理模型的建立29-30
• 4.2 数值模拟计算30-36
• 4.2.1 软件功能简介30-32
• 4.2.2 计算网格划分32-34
• 4.2.3 计算参数设置34-35
• 4.2.4 计算收敛准则35-36
• 4.3 数值模拟准确性验证36-40
• 4.3.1 研究对象36-37
• 4.3.2 网格生成和边界条件设置37
• 4.3.3 验证结果37-40
• 第5章 数值模拟结果与分析40-58
• 5.1 来流马赫数对平面叶栅气动性能的影响40-41
• 5.2 攻角对平面叶栅气动性能的影响41-43
• 5.3 叶尖小翼对压气机性能的影响43-44
• 5.4 间隙中靠近叶顶的截面流线44-46
• 5.5 机匣静压系数分布46-49
• 5.6 不同截面（沿弦长方向）的流线分布49-52
• 5.7 出口截面总压损失系数分析52-54
• 5.8 端壁运动对压气机叶顶间隙的影响54-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文65

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本文编号：1061436