高负荷分叉扩压叶片设计方法及其气动性的数值研究

发布时间：2017-09-20 15:18

  本文关键词：高负荷分叉扩压叶片设计方法及其气动性的数值研究

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【摘要】：本课题在重点研究高负荷扩压叶片的基础上,提出了一种分叉扩压叶栅的气动设计新概念,即分叉叶片结构。将其与叶片三维气动成型设计技术相结合,弥补扩压叶栅由于径向位置的增加而导致的叶栅稠度降低,叶片对气流的约束效果下降,进而减小气流折转角的不足的缺点。该技术的特点是不需要额外附加能量和装置即可改善栅内流场、叶片负荷分布的分布规律,这对于结构紧凑的高性能航空发动机设计显得尤为重要。本课题以高负荷高负荷通流风扇静子为参考对象,在低马赫数和高马赫数两种工况条件下,全面地研究分叉静子的流动控制规律特征、损失产生的机理性规律与流场结构之间的关联,寻求所存在的流动匹配机理,拓展可实现的气动性能潜力。在研究结果表明,在低马赫数条件(Ma=0.22)下,验证了分叉叶片结构对叶片变工况性能的提升。在接近真实压气机工况的高马赫数条件(Ma=0.72),优化分叉参数后的分叉叶片在2度,5度和8度攻角下,总压损失系数较常规直叶片分别降低了11.79%,15.39%,15.37%。可见在大攻角下,分叉叶片显著改善栅内流动状况。通过数值模拟对研究对象的定量研究,本文主要探究了不同工况下分叉静子的空气动力学性能,探究了分叉叶片设计参数。研究了分叉叶片叶栅流场常规参数,深度分析了分叉叶片的变稠度特性,负荷分配机制与双尾迹特性,并通过引入涡动力学深入研究了角区分离的涡动力学根源。通过与常规叶片的对比,总结了分叉叶片引入分叉段后对流场的整体影响。研究成果将为进一步拓展先进压缩系统气动性能奠定理论基础,根据分叉叶栅与叶片三维造型技术组合匹配规律设计的高负荷静子扩压叶栅,其气动性能将得到较为明显的提升。
【关键词】：轴流压气机 分叉叶片 静子 BVF诊断 气动性能 变攻角特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V23
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-21
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义7-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-14
• 1.3 CDA叶型综述14-15
• 1.4 分叉叶片的研究现状15
• 1.5 叶片稠度对叶栅性能的影响分析15
• 1.6 分叉叶片的变稠度特性15-17
• 1.7 涡动力学诊断17-18
• 1.8 主要研究内容18-19
• 1.9 本章小结19-21
• 第2章 数值计算方法21-28
• 2.1 引言21-22
• 2.2 不同湍流模型的RANS方法22-24
• 2.3 研究对象及数值模拟24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 低速分叉叶片方案验证28-43
• 3.1 验证方案28-30
• 3.2 叶片变攻角特性分析30-31
• 3.3 出口流动损失分布31-35
• 3.4 叶片径向负荷变化35-36
• 3.5 尾迹特性分析36-42
• 3.6 本章小节42-43
• 第4章 分叉叶片高速方案43-57
• 4.1 高速方案43
• 4.2 分叉位置对叶片性能的影响43-45
• 4.3 叶片变攻角特性分析45-47
• 4.4 出口流动损失分布47-50
• 4.5 叶片径向负荷变化50-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 分叉叶片流场的BVF诊断技术及控制分离机制的研究57-67
• 5.1 BVF流场分析方法简介57-58
• 5.2 BVF诊断应用58
• 5.3 分叉叶片控制分离机制的研究58-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 分叉叶片流场的尾迹特性研究67-78
• 6.1 叶片尾迹特性研究简介67-68
• 6.2 分叉叶片双尾迹特性68-70
• 6.3 分叉叶片双尾迹沿流向的形成过程70-74
• 6.4 分叉叶片双尾迹特性参数分析74-77
• 6.5 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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1 И.Р.克略宁,k，

本文编号：888811