总压畸变对超声速压气机流场结构影响的机理探索

【摘要】：压气机的性能和稳定性与进气畸变息息相关。如果无视进气畸变的影响,就会使压气机的气动性能恶化、效率和稳定裕度降低,甚至诱发旋转失速或喘振。因此,流场畸变的研究意义重大。本课题以某型高负荷超声速轴流压气机的一级为研究对象,应用全周非定常数值模拟的方法开展工作。重点研究设计工况下不同进口总压畸变条件时,动静叶栅内流场对畸变来流的响应机制。 因为本文的研究对象为某型轴流式压气机一级的改型,其性能参数都较原型有所改变,所以就要重新绘制特性曲线。本文主要绘制90%、100%和110%设计转速下的压气机特性曲线,并采用Fluent和Numeca两种计算软件进行模拟,以便验证数值模拟结果的软件无关性。而后将数值模拟网格应用自适应功能加密,从总参数和关键截面内流场验证了网格无关性。 本文对于非定常问题的研究均采用标记流道的方法,首先全面细致的探究了插板深度为进口外径(半径)38.2%的畸变类型。结果表明,畸变会使得压气机时均质量流量和等熵效率降低,并引起压气机可用稳定裕度的损失。通过对一个周期各时间步流场的研究,着重揭示了动静叶区域对于畸变来流的非定常响应。动叶区域,主要关注畸变影响下动叶流道中激波的结构、强度、位置的变化；静叶区域,重点分析畸变影响下静叶流道分离规律。并且从机理上探究了动静叶区域对于畸变响应的原因。 对多种不同插板深度畸变的研究表明,随着插板深度的增加,压气机的时均质量流量和效率会随之下降。静叶的流动分离主要集中在叶顶和叶根处,静叶叶根处的分离会对叶顶分离产生抑制。当插板深度大于一定的程度后,进一步增加插板深度,只会使得动叶和静叶区域完全畸变区的流道数目增加(单纯范围上的扩大),而并不会加重单个流道的流动恶化程度。并且对于本文所研究的压气机来说,轮缘处的畸变更影响效率,而轮毂处的畸变更影响流量(即通流能力)。