跨音压气机/风扇转子叶顶泄漏流动的非定常机制研究
发布时间：2023-04-09 17:08
压气机／风扇转子叶顶泄漏流动对压气机性能和稳定性有着极其重要的影响,近十年来,人们发现叶顶泄漏流的存在不仅与转子失速先兆有着密切联系,而且在近失速工况附近,叶顶泄漏流还表现出明显的非定常波动特性。因此,对压气机,尤其是被广泛应用的跨音速轴流压气机／风扇转子叶顶的非定常泄漏流动进行深入研究,并在此基础上寻找高效的扩稳控制方法,对于提高航空发动机及其它燃气轮机的气动性能和稳定性具有重要意义。 本文以数值模拟方法为主,实验为辅,针对三个跨音速转子叶顶非定常泄漏流动进行研究,揭示了叶顶泄漏流的非定常特征、波动机理、起始机制和空间结构,并探索叶顶泄漏流非定常性与旋转失速之间的关系。 本文的核心内容主要分为以下几个部分：(1)研究叶顶泄漏流非定常特征,证实叶顶泄漏流非定常性在跨音转子中的普遍存在性；(2)阐明跨音速转子叶顶泄漏流非定常波动机理和起始机制；(3)分析跨音速转子叶顶泄漏流动的三维空间结构；(4)探索泄漏流前缘溢出机制及其与叶顶泄漏流非定常性的关系。 本文首先针对三个跨音速转子叶顶泄漏流进行非定常数值模拟,介绍三个跨音速压气机／风扇孤立转子在设计间隙下,叶顶泄漏流动的非定常特征,包括频率...
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
图目录
表目录
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 旋转失速与叶顶泄漏流关联性研究
1.2.1 流动失稳现象介绍:旋转失速与喘振
1.2.2 失速先兆的种类和基本特征
1.2.3 突尖型失速先兆与叶顶泄漏流的关联性
1.3 压气机转子叶顶泄漏流研究方法
1.3.1 压气机转子叶顶泄漏流理论模型研究
1.3.2 压气机转子叶顶泄漏流实验测量方法
1.3.3 压气机转子叶顶泄漏流数值模拟方法
1.4 压气机转子叶顶泄漏流的研究历史及最新进展
1.4.1 叶顶泄漏流对压气机性能的影响
1.4.2 压气机转子叶顶泄漏流的定常特征研究
1.4.3 压气机转子叶顶泄漏流的非定常特征及机理研究
1.5 本文预研究的科学问题
1.6 本文的研究目的和内容
2 数值计算软件与硬件平台介绍
2.1 引言
2.2 FLUENT计算软件
2.2.1 FLUENT前处理软件GAMBIT
2.2.2 FLUENT求解方法简介
2.3 分布式网络并行硬件平台
2.4 FLUENT计算软件数值模拟结果的评估
2.4.1 NASA-67跨音速转子算例说明
2.4.2 数值计算方法
2.4.3 网格独立性验证
2.4.4 湍流模型及壁面函数的验证
3 跨音速转子叶顶泄漏流非定常特征及其普遍存在性的验证
3.1 前言
3.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常计算结果
3.2.1 研究对象及计算方法
3.2.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动特征
3.3 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的非定常数值计算和实验结果
3.3.1 研究对象和数值方法介绍
3.3.2 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流非定常波动特征
3.4 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常数值计算结果
3.4.1 研究对象与计算方法
3.4.2 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常波动特征
3.5 NASA-67跨音速转子零间隙数值计算结果及分析
3.6 NASA-67跨音速转子多通道数值计算结果及分析
3.7 本章小结
4 跨音速转子叶顶泄漏流非定常波动机理及起始机制研究
4.1 前言
4.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动机理
4.3 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流非定常性的起始机制研究
4.3.1 质量流量工况对叶顶流场特征的影响
4.3.2 间隙大小对98.5%堵塞流量工况下叶顶流场特性的影响
4.3.3 叶顶泄漏流的非定常性起始机制
4.4 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动机理、起始机制研究
4.5 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常波动机理、起始机制研究
4.6 本章小结
5 跨音速转子叶顶泄漏流空间结构的研究
5.1 引言
5.2 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的空间结构
5.2.1 叶顶泄漏流的二维结构特征
5.2.2 叶顶泄漏流的三维结构特征
5.2.3 叶顶泄漏流空间结构与时间特征的关系
5.3 ND-TAC转子叶顶泄漏流的空间结构
5.3.1 叶顶泄漏流的二维结构特征
5.3.2 叶顶泄漏流的三维结构特征
5.3.3 叶顶泄漏流空间结构与时间特征的关系
5.4 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的三维空间结构特征
5.5 讨论
5.6 本章小结
6 叶顶泄漏流/主流交界面前缘溢出与泄漏流非定常性的关系
6.1 引言
6.2 ND-TAC实验台介绍
6.2.1 实验台结构布置
6.2.2 测量装置
6.2.3 流动可视化成像装置介绍
6.3 叶顶泄漏流/主流交界面在实验环境中的识别方法
6.4 叶顶泄漏流/主流交界面前缘溢出与失速先兆关联性的实验研究
6.5 叶顶泄漏流/主流交界面随流量的变化规律及机制
6.6 进口径向畸变条件对叶顶泄漏流/主流交界面位置的影响
6.6.1 实验研究结果
6.6.2 数值模拟研究结果
6.7 Darmstadt和NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流/主流交界面随流量的变化规律及机制
6.8 本章小结
7 总结、讨论与展望
7.1 总结
7.2 本文的创新之处
7.3 讨论
7.4 展望
主要符号说明
参考文献
攻读博士学位期间发表的文章及所获奖项
致谢
本文编号：3787411
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
图目录
表目录
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 旋转失速与叶顶泄漏流关联性研究
1.2.1 流动失稳现象介绍:旋转失速与喘振
1.2.2 失速先兆的种类和基本特征
1.2.3 突尖型失速先兆与叶顶泄漏流的关联性
1.3 压气机转子叶顶泄漏流研究方法
1.3.1 压气机转子叶顶泄漏流理论模型研究
1.3.2 压气机转子叶顶泄漏流实验测量方法
1.3.3 压气机转子叶顶泄漏流数值模拟方法
1.4 压气机转子叶顶泄漏流的研究历史及最新进展
1.4.1 叶顶泄漏流对压气机性能的影响
1.4.2 压气机转子叶顶泄漏流的定常特征研究
1.4.3 压气机转子叶顶泄漏流的非定常特征及机理研究
1.5 本文预研究的科学问题
1.6 本文的研究目的和内容
2 数值计算软件与硬件平台介绍
2.1 引言
2.2 FLUENT计算软件
2.2.1 FLUENT前处理软件GAMBIT
2.2.2 FLUENT求解方法简介
2.3 分布式网络并行硬件平台
2.4 FLUENT计算软件数值模拟结果的评估
2.4.1 NASA-67跨音速转子算例说明
2.4.2 数值计算方法
2.4.3 网格独立性验证
2.4.4 湍流模型及壁面函数的验证
3 跨音速转子叶顶泄漏流非定常特征及其普遍存在性的验证
3.1 前言
3.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常计算结果
3.2.1 研究对象及计算方法
3.2.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动特征
3.3 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的非定常数值计算和实验结果
3.3.1 研究对象和数值方法介绍
3.3.2 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流非定常波动特征
3.4 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常数值计算结果
3.4.1 研究对象与计算方法
3.4.2 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常波动特征
3.5 NASA-67跨音速转子零间隙数值计算结果及分析
3.6 NASA-67跨音速转子多通道数值计算结果及分析
3.7 本章小结
4 跨音速转子叶顶泄漏流非定常波动机理及起始机制研究
4.1 前言
4.2 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动机理
4.3 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流非定常性的起始机制研究
4.3.1 质量流量工况对叶顶流场特征的影响
4.3.2 间隙大小对98.5%堵塞流量工况下叶顶流场特性的影响
4.3.3 叶顶泄漏流的非定常性起始机制
4.4 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的非定常波动机理、起始机制研究
4.5 ND-TAC转子叶顶泄漏流的非定常波动机理、起始机制研究
4.6 本章小结
5 跨音速转子叶顶泄漏流空间结构的研究
5.1 引言
5.2 Darmstadt跨音速转子叶顶泄漏流的空间结构
5.2.1 叶顶泄漏流的二维结构特征
5.2.2 叶顶泄漏流的三维结构特征
5.2.3 叶顶泄漏流空间结构与时间特征的关系
5.3 ND-TAC转子叶顶泄漏流的空间结构
5.3.1 叶顶泄漏流的二维结构特征
5.3.2 叶顶泄漏流的三维结构特征
5.3.3 叶顶泄漏流空间结构与时间特征的关系
5.4 NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流的三维空间结构特征
5.5 讨论
5.6 本章小结
6 叶顶泄漏流/主流交界面前缘溢出与泄漏流非定常性的关系
6.1 引言
6.2 ND-TAC实验台介绍
6.2.1 实验台结构布置
6.2.2 测量装置
6.2.3 流动可视化成像装置介绍
6.3 叶顶泄漏流/主流交界面在实验环境中的识别方法
6.4 叶顶泄漏流/主流交界面前缘溢出与失速先兆关联性的实验研究
6.5 叶顶泄漏流/主流交界面随流量的变化规律及机制
6.6 进口径向畸变条件对叶顶泄漏流/主流交界面位置的影响
6.6.1 实验研究结果
6.6.2 数值模拟研究结果
6.7 Darmstadt和NASA-67跨音速转子叶顶泄漏流/主流交界面随流量的变化规律及机制
6.8 本章小结
7 总结、讨论与展望
7.1 总结
7.2 本文的创新之处
7.3 讨论
7.4 展望
主要符号说明
参考文献
攻读博士学位期间发表的文章及所获奖项
致谢
本文编号：3787411
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