采用弯扭掠叶片改进设计风扇的数值研究

发布时间：2020-12-24 08:45

　　伴随着推重比的不断提高,航空涡轮发动机对压气机部件气动性能的要求也愈来愈高。压气机必须在保持高效率和足够喘振裕度的前提下以更少的级数达到更高的压比,因此研制高负荷、高性能叶栅对提高压气机气动性能起着至关重要的作用。本文采用数值模拟方法,在保证整体性能参数不变的基础上,将某型单级高负荷跨声速风扇进行了改型设计,从中探讨弯扭掠叶片在高负荷跨声速风扇改型设计中的应用以及提高风扇气动性能的途径。为了获得较高的单级风扇设计指标,在单级风扇的设计基础上,保留静子或转子,在级的环境下,使用商业软件完成了倾、掠动叶片或端弯静叶片的匹配设计。在具有倾、掠动叶片的单级风扇中,由于充分利用了动叶片轴向掠和切向倾斜的设计特点并将两项技术进行了合理的综合,显著地改善了转子流场结构。对具有端弯静叶片单级风扇的三维数值模拟表明,应用端弯设计技术能够控制静叶片根部的压力场,从而减缓附面层沿流向的增厚;同时,在设计过程中能够调整叶片的叶型厚度分布和中弧线的折转规律,控制沿局部弦长的扩压速率,改善吸力面附面层的流动,并抑制附面层在吸力面可能出现的局部分离。本文还完成了动叶片掠、倾和静叶片弯、扭、掠各自由度之间的匹配设计。... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CW-1叶型

图 1-2 CW-1 叶型 图 1-3 预压缩超声速叶栅流动图1.2.2 弯扭叶片1989 年，Минюшкин[2]首次阐述了倾斜叶片的理念，即通过控制叶片的径向生成线与轮毂和外壳表面斜交，从而控制径向压力梯度来改善径向二次流。作为倾斜叶片的再次发展，1962 年和 1964 年首次由叶片弯扭联合气动成型理论首次由王仲奇院士及其导师[3，4]提出。从考虑了叶片径向力分量的完全径向平衡方程中看出[5],叶片的周向弯曲最初是为了保证级内沿叶高的等反力度分布。FmCrCrCrmmum 2222sincos1 P （1-1）式中，uC 表示周向分速度，mC 表轴向分速度，P 表压力，r 为半径， 表示轴

仲奇教授[7]提出了边界层径向迁移理论。他认为，引因不是反力度沿着叶高的分布，静压在叶栅通道内特分布才是损失产生的根源。数值计算的结果进一步发通道内，静压分布在叶根区域呈现出逆压梯度，在叶服从 C 型静压分布。 C 型静压分布会端壁区的能量内主流区会吸引并带走端壁附面层内的低速流体。这核心内容，见图 1-4。多研究和试验也进一步证实了该理论。凌敬[8]等用数值角区分离改变吸力面静压分布，呈现“C”型压力分布加厚，中弧线挠度变大，最厚处后移至吸力面最厚处增大将改变分离形式。杨彤[9]等采用非定常数值模拟对究，分析显示，弯曲叶片设计可以有效抑制叶片表面

【参考文献】：
期刊论文
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[3]叶片局部弯曲对跨音速轴流压气机转子性能的影响[J]. 王建明,何朝锋,马阳.  沈阳航空航天大学学报. 2017(01)
[4]高切线速度低压比单级风扇设计技术及试验验证[J]. 黄磊,周拜豪,李清华,罗璇,朱朝艺.  燃气涡轮试验与研究. 2016(06)
[5]高负荷风扇末级静叶气动特性试验研究[J]. 潘若痴,孙鹏,徐文峰,傅文广.  热能动力工程. 2016(07)
[6]超声速叶型中弧线优化设计[J]. 单玉姣,郑宁.  推进技术. 2016(06)
[7]弯曲静子叶片对叶尖射流扩稳效果的影响[J]. 王前,胡骏,李亮,屠宝锋,李璧宇.  航空动力学报. 2015(12)
[8]基于混合平面法的跨声速轴流压气机三维数值模拟研究[J]. 张健,唐志共,邓有奇,周乃春.  空气动力学学报. 2015(05)
[9]吸力面负曲率的渐缩流道跨音速涡轮叶栅流场与性能研究[J]. 赵巍,刘宁,吴冰,赵庆军,徐建中.  工程热物理学报. 2015(09)
[10]压气机动叶局部掠形对流场和性能的影响[J]. 郑覃,卢少鹏,羌晓青,滕金芳.  科学技术与工程. 2014(35)



本文编号：2935347