压气机叶顶泄漏流动的控制策略及其扩稳机理研究

发布时间：2020-12-23 02:07

　　压缩系统中的以旋转失速和喘振为代表的流动失稳现象一直是困扰叶片式叶轮机械设计的难题。对流动失稳的机理进行研究，并实现有效的控制，对于提高压气机的性能和可靠性具有重要意义。以往的研究表明，旋转失速一般经由两种典型的失速先兆产生(模态波型和尖脉冲型)，而失速先兆与叶顶区域的泄漏流动直接关联。本文研究工作的目的是，从改善叶顶区域泄漏流动的角度出发，研究轴流压气机的扩稳方法及其扩稳机理。本文拟采用定常方法和非定常方法相结合的方式，对不同流量工况下叶顶区域的流场特征进行考查，以更深入的认识旋转失速的触发机制。并基于此，分析两种有效的失稳控制策略——周向槽处理机匣和微量喷气提高压气机稳定工作范围的机理，考察了实施控制策略后，叶顶区域流场，尤其是泄漏流动的改善效果。论文内容安排如下：首先，对带实壁机匣的单转子压气机进行了单通道定常和非定常数值模拟，详细的分析了不同流量工况下动叶顶部泄漏流的特性以及损失和堵塞的变化，通过流动失稳触发过程中叶片通道内泄漏流的演化，探讨了泄漏流与流动失稳关联的物理机理。其次，对带具有不同槽数和开槽位置的周向槽处理机匣的单转子压气机内部流场进行了数值模拟，研究了不同的周向槽... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 前言
    1.1 研究背景和意义
    1.2 压气机流动失稳的控制技术
        1.2.1 压气机周向槽处理机匣被动控制研究进展
        1.2.2 失稳的主动控制及稳态喷气控制技术
    1.3 对旋转失速先兆的研究
        1.3.1 模态波型和尖脉冲型失速先兆
        1.3.2 叶顶间隙流与尖脉冲型失速先兆的关联性研究
    1.4 本文主要研究目的和内容
第二章 数值模拟方法与相关参数说明
    2.1 引言
    2.2 叶轮机械内部流动控制方程组
    2.3 封闭问题及湍流模型
    2.4 控制方程组的离散
        2.4.1 控制方程组的空间离散
        2.4.2 控制方程组的时间离散
    2.5 加速收敛技术
        2.5.1 当地时间步长
        2.5.2 隐式残差光顺
        2.5.3 全多重网格法
    2.6 非定常计算方法
    2.7 动静干涉面处理方法
        2.7.1 定常流动动/静干涉面处理方法
        2.7.2 非定常流动动/静干涉面处理方法
    2.8 定常/非定常计算收敛准则
    2.9 非定常计算结果的后处理
    2.10 本章小结
第三章 叶顶间隙泄漏流特性及其触发压气机失稳机理探讨
    3.1 引言
    3.2 研究对象及研究方法
        3.2.1 研究对象
        3.2.2 计算条件和计算网格设置
    3.3 顶部间隙泄漏流非定常性分析
    3.4 顶部间隙泄漏流触发压气机内部流动失稳机制
        3.4.1 轴流压气机内部流动失稳的动态观测
        3.4.2 不同流量工况下叶顶间隙泄漏流特性
        3.4.3 轴流压气机内部流动失稳触发机制
    3.5 本章小结
第四章 周向槽处理机匣对压气机转子性能的影响及其机理探讨
    4.1 引言
    4.2 研究对象
    4.3 不同周向槽处理机匣方案对压气机的影响
        4.3.1 不同周向槽处理机匣影响压气机特性的分析
        4.3.2 带不同机匣结构的压气机转子叶顶流场分析
    4.4 从堵塞角度探讨周向槽处理机匣扩稳机理
    4.5 本章小结
第五章 机匣微喷气对压气机转子性能的影响分析
    5.1 引言
    5.2 机匣微喷气实验相关结论
    5.3 机匣微喷气方案及网格设置
    5.4 微喷气对压气机内部流动失稳影响机制
        5.4.1 微喷气对压气机转子性能的影响
        5.4.2 微喷气对压气机转子叶顶区域流场的影响
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
主要符号表
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：2932867