鼓包前缘叶片对压气机性能和稳定性影响研究

发布时间：2017-10-07 01:24

  本文关键词：鼓包前缘叶片对压气机性能和稳定性影响研究

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【摘要】：提高压气机的气动性能及稳定性是实现燃气涡轮发动机高推重比、低耗油率、高稳定性的重要技术途径,然而随着弯掠、小展弦比、串列转子等压气机气动设计技术的不断完善,从气动设计的角度继续挖掘压气机的潜能已经越来越难,必须尝试开辟一个新的方向或者换一种新的思路,才有可能进一步提升压气机的气动性能及稳定性。本文借鉴外流中对座头鲸节瘤状前缘肢状鳍的研究,将这种特殊型式的前缘设计引入到压气机叶片上,并命名为鼓包前缘叶片,尝试利用这种仿生技术提升压气机的气动性能和稳定性。本文内容概括如下:(1)开展了鼓包前缘叶片叶栅的数值模拟研究,分析了前缘鼓包参数的影响规律、前缘鼓包对叶栅流场结构的影响规律和机理。结果表明:在叶栅稳定工作区域(攻角低于失速攻角),前缘鼓包会增加叶栅的总压损失,但是在叶栅过失速工况具有显著降低叶栅总压损失的特性;前缘鼓包的参数对叶栅气动性能有影响,在叶栅稳定工作区域,鼓包个数N产生的影响比鼓包幅值Am的要大,但并不十分显著;在过失速区域,幅值Am产生的影响比鼓包个数N产生的影响显著;前缘鼓包显著改变叶栅流场结构,使叶栅在过失速工况下性能显著提升。(2)开展了鼓包前缘叶片叶栅实验,验证了计算方法的可靠性,同时也证明鼓包前缘叶片具有更高的过失速性能。(3)将鼓包前缘叶片应用于跨声速单级压气机静叶,结果表明,在设计转速的大部分工作范围内,效率与总压比得到提升。前缘鼓包静叶改变了静子叶栅分离束结构,形成了数量多、范围小的多分离区结构,减小了分离区范围,同时还改善了内壁区域流动。鼓包前缘波峰产生的对涡结构,使气流在该处产生局部分离延缓效应,拓宽了压气机的稳定工作范围。
【关键词】：鼓包 前缘 压气机 气动性能 稳定性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V233
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景和研究目的14-18
• 1.1.1.仿生学发展概论14-15
• 1.1.2 启示来源与研究背景15-18
• 1.1.2.1 启示来源15-16
• 1.1.2.2 研究背景及现状16-18
• 1.1.3 研究目的18
• 1.2 鼓包前缘叶片18-19
• 1.3 研究内容19-21
• 第二章 鼓包前缘叶栅数值模拟研究21-49
• 2.1 鼓包前缘叶栅设计21-22
• 2.1.1 鼓包前缘叶片与直列叶栅21-22
• 2.1.2 参数分配22
• 2.2 鼓包前缘叶栅数值模拟方法22-29
• 2.2.1 数值模拟软件NUMECA介绍22-25
• 2.2.1.1 NUMECA商用软件包22-23
• 2.2.1.2 控制方程23-24
• 2.2.1.3 离散格式24-25
• 2.2.1.4 湍流模型25
• 2.2.2 计算方法25-29
• 2.2.2.1 网格划分25-27
• 2.2.2.2 网格无关性验证27-29
• 2.2.2.3 边界条件29
• 2.3 鼓包前缘静叶数值模拟分析29-48
• 2.3.1 计算结果29-35
• 2.3.1.1 叶栅整体气动性能29-33
• 2.3.1.2 鼓包参数对整体性能的影响33-35
• 2.3.2 计算结果分析35-48
• 2.3.2.1 径向总压损失分布35-39
• 2.3.2.2 BTB截面流场分析39-41
• 2.3.2.3 叶栅通道流场分析41-43
• 2.3.2.4 前缘鼓包流场结构分析43-45
• 2.3.2.5 端壁区域流场分析45-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 鼓包前缘静叶在叶栅中试验研究49-58
• 3.1 试验目的49
• 3.2 试验设备49-51
• 3.2.1 试验平台49-50
• 3.2.2 试验件50-51
• 3.3 试验测量系统51-54
• 3.4 试验结果54-57
• 3.4.1 叶栅试验特性54-55
• 3.4.2 叶片表面油流显示55-56
• 3.4.3 试验与数值结果对比56-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 鼓包前缘静叶在压气机中的应用研究58-79
• 4.1 鼓包前缘静叶压气机设计58-60
• 4.1.1 研究方法说明58-59
• 4.1.2 参数分配59-60
• 4.2 数值模拟方法60-62
• 4.2.1 网格划分60-61
• 4.2.2 网格无关性验证61-62
• 4.2.3 边界条件设置62
• 4.3 数值模拟结果及分析62-78
• 4.3.1 数值计算结果62-67
• 4.3.1.1 压气机气动性能62-66
• 4.3.1.2 鼓包参数的影响66-67
• 4.3.2 计算结果分析67-78
• 4.3.2.1 径向总压损失分布67-69
• 4.3.2.2 静叶吸力面流动分离69-70
• 4.3.2.3 叶栅通道流场分析70-73
• 4.3.2.4 鼓包前缘流场结构73-74
• 4.3.2.5 端壁区域影响74-76
• 4.3.2.6 鼓包前缘与气动稳定性76-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文86

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