低反动度高负荷吸附式轴流压气机

发布时间：2020-09-10 16:44

　　 现代的轴流压气机设计要求具有更高的单级负荷和更少的级数,用传统设计方法达到这一指标难度较大,存在的问题较多。为此,本文首次提出了一种“低反动度”的压气机设计新概念来解决这一设计难点,并借助于数值模拟的方法对这一概念进行了论证,数值模拟结果表明这种设计概念是切实可行的。 本文首先系统地阐述了低反动度轴流压气机这一设计概念,其主要内容为:动叶进口采取预旋降低其反动度,使动叶在大转折角工况下吸力面附面层不分离,保持较高的效率;静叶具有大转角的特点,采用附面层抽吸等主动控制技术来抑制叶栅内强烈的三维分离流动。利用Fortran语言平台编制了基于低反动度设计概念的准三维气动设计程序及三维叶片造型程序。考虑到静叶转角最大范围等限制因素,气动设计程序中对动叶加功量沿叶高的分布做了特殊处理,使其沿叶高具有按任意抛物线分布的特点。 采用商用计算软件对上述程序设计的动叶进行了全三维的数值模拟,结果显示该动叶具有较高的等熵效率和宽广的稳定工作范围,实际加功量沿叶高分布和预期结果一致,满足设计要求。 本文采用数值方法研究了静叶的稠度及展弦比对气动性能的影响,通过对数值模拟结果的分析了解了这些参数和流场结构之间的关系,明确了其选取规则。接着采用优化设计的方法对静叶作优化改型,优化内容主要包括动静叶气流角匹配、叶型厚度分布优化以及径向积叠规律的探讨,优化结果表明采用适当的叶型厚度分布和积叠方式对于流动的改善效果明显。 本文最后对附面层抽吸技术在静叶中应用作了详细研究。通过对不同抽吸方式和位置的数值模拟结果分析,确定了单一抽吸的最佳方式和位置分布。进而采用混合抽吸的方法成功抑制了叶栅内强烈的三维分离流动,实现了设计目标。同时,文中采用拓扑分析的方法研究了附面层抽吸对流场结构的影响,指出附面层抽吸降低损失的机理是因为有效地抑制了附面层的分离。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH453
【部分图文】：

叶片进口和动叶抽吸系统示意图

设计概念的实质是将达到高压比所带来的需要同时控制动静叶分离流动的问题转换成了单独控制静叶分离流动的问题。总的来讲，低反动度高负荷吸附式轴流压气机设计概念的关键技术主要有以下三点：1) 动叶采用进口预旋的方式降低反动度，抑制吸力面附面层分离。对于多级情况，前几级动叶采用较小的预旋，使下一级静叶转角保持在合理范围内（气流不发生分离）；最后一级（或末几级）采用较大的预旋，这时静叶的转角较大，需要采用主动控制方法抑制分离流动；最后一级静叶一般采用轴向出气。2) 动叶中不抽吸，仅在最后一级（或几级）转角较大的静叶中采用抽气来控制叶栅内的分离流动。这样可以大大简化抽吸管路的排布问题，从而降低设计难度。3) 静叶中应采用壁面（主要是吸力面）和两端区混合抽吸的方式来实现对分离流的控制。2.2 低反动度设计的限制因素

大学工学硕士学位论文的极限流线图。从图中可以看出，下叶片根的滞止作用使得来流附面层在前缘附近卷起分支。压力面分支在横向压力梯度的作用下有并没有附到吸力面上，而是在尾缘出口大吸力面，直到出口。压力面分支绕过前缘进流向吸力面，吸附在大约 40%叶片轴向弦长

【参考文献】

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本文编号：2816059