压气机叶顶间隙流的数值模拟研究
【摘要】:叶顶间隙流对压气机性能和稳定性都有着重要影响,对其机理的研究和认识,进而实现对其控制,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。在过去五十年里,人们主要研究了定常状态下叶顶间隙流的机理及其对压气机性能的影响。近年来,人们发现压气机叶顶间隙流并非始终处于定常状态,在某些流动条件下,它会产生明显的非定常波动,并影响压气机的总性能。然而到目前为止,这种非定常波动的基本流动特征,形成机理及其潜在的应用前景都不够清楚。针对这一现状,本文研究工作的主要目的是,发挥CFD技术的优点,充分了解压气机叶顶间隙流的非定常特征,揭示其形成机理,并探索利用这种非定常特征提高压气机性能的可能性。
为了实现上述研究目的,本文工作从以下几个部分展开:(1) 作为本文数值模拟研究的基础,首先考核了几种数值计算方法的可靠性;(2) 研究叶顶间隙流的定常流动特征;(3) 研究叶顶间隙流的非定常流动特征和某些几何和气动参数改变对这种流动特征的影响;(4) 解释叶顶间隙流产生非定常波动的物理机制;(5) 探索利用叶顶间隙流非定常特征提高压气机性能的可能性。
第一部分作为整个研究内容的基础,利用实验数据考核了所使用的求解器中,7种湍流模型和9种叶顶区域网格精度对压气机叶顶间隙流动细节的预测能力。研究结果表明叶顶和机匣表面布置足够精度的展向网格对准确模拟叶顶间隙区域的流动细节十分必要。
第二部分利用定常数值模拟研究了某压气机孤立转子中定常叶顶间隙流的三维流动特征。结果表明机匣相对转子运动以及叶顶间隙增大都会增强叶顶间隙涡和削弱叶顶通道涡。
第三部分利用非定常数值模拟详细分析了压气机孤立转子和某两级轴流压气机中,叶顶间隙流发生非定常波动时的瞬态流场特征和频率特性,并研究了某些几何和气动参数变化,以及动叶前后静叶干涉对这种非定常流动特征的影响。结果表明在设计叶顶间隙下,当流量系数减小到0.586时,压气机孤立转子叶顶间隙流会以0.5倍左右的转子叶片经过频率产生周期性非定常波动。流量系数减小、顶部间隙增加、进口边界层厚度增加、转速增加都会增强叶顶间隙流的非定常波动强度和减小其波动频率。增加动叶前后静叶干涉强度也能增强叶顶间隙流的非定常波动强度,但不影响其波动频率。在不同的压气机几何参数和流动条件下,以动叶顶部间隙流的自然波动频率、动叶顶部进口时均相对速度和动叶顶部弦长定义的无量纲频率分布在0.60~0.76之间。
第四部分发展了一种描述叶顶间隙流非定常波动机理的假设和一种判断叶
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1 |
初雷哲;杜建一;赵晓路;徐建中;;叶片倾角变化对扩压器中非定常流动的影响[J];工程热物理学报;2007年05期 |
2 |
金亮;李志平;陆亚钧;;尾流撞击效应在低速轴流压气机中应用实验研究的初探[J];航空动力学报;2005年06期 |
3 |
弓志强;陆亚钧;李志平;李茂义;;轴流压气机内导叶/转子干涉对转子流场的影响[J];北京航空航天大学学报;2007年01期 |
4 |
姜华;席光;张炜;宫武旗;王志恒;袁民建;;离心压缩机静叶间时序效应的实验研究[J];工程热物理学报;2009年06期 |
5 |
童志庭;张靖煊;李美林;聂超群;;不同进口畸变下低速压气机近失速状态非定常特征[J];工程热物理学报;2006年01期 |
6 |
陈兆雄;;动载径向轴承中非定常流动雷诺方程的证明[J];内燃机学报;1985年01期 |
7 |
金永亮;;增压柴油机的喘振及工作范围的扩展[J];内燃机车;1988年02期 |
8 |
任玉新,沈孟育,刘秋生;跨音速压气机在非设计工况下动静叶相互作用的数值模拟[J];航空动力学报;1999年03期 |
9 |
王嘉冰;刘飞;刘敏;张瑜;杨昆;吴克启;;贯流风扇偏心涡非定常特性研究[J];工程热物理学报;2008年07期 |
10 |
朱智富;马超;马朝臣;;离心压气机喘振发生发展过程分析[J];车用发动机;2010年02期 |
11 |
吕超;王同光;;三维动态失速模型研究[J];应用数学和力学;2011年04期 |
12 |
孟祥墉;沈中秋;李茂德;;涡轮增压器的压气机性能测试中温度的测量[J];车辆与动力技术;1986年04期 |
13 |
苏挺英,陈文俊;明渠非定常流动数值计算的间断分解法[J];力学与实践;1995年01期 |
14 |
王彤,谷传纲;设计工况下离心压气机内部动静部件耦合非定常流动的数值模拟[J];机械工程学报;2001年03期 |
15 |
季路成,项林,徐建中,陈江;非定常环境下叶栅性能的数值研究[J];工程热物理学报;2003年02期 |
16 |
陈党民,李新宏,黄淑娟;部分流泵整机非定常流动数值模拟[J];工程热物理学报;2005年S1期 |
17 |
邓向阳,张宏武,黄伟光;低速轴流压气机中前后静叶对动叶顶部区域流动的影响[J];航空学报;2005年05期 |
18 |
周涛;阎超;;扰流片快速张开诱发的非定常升力过冲[J];航空计算技术;2006年04期 |
19 |
周涛;阎超;;扰流片快速张开诱发的非定常流动研究[J];航空学报;2006年06期 |
20 |
熊劲松;侯安平;周盛;;压气机级间尾迹非定常流动的分析与利用途径探索[J];工程热物理学报;2007年01期 |
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1 |
高山 张若萌;激扬动力[N];中国航空报;2011年 |
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