高负荷斜流压气机叶顶间隙流动与轴向缝处理机闸的非定性作用机理研究
发布时间：2024-02-29 03:34
高负荷压气机的设计与研制是提高压气机压比、减轻压气机部件重量、提高军/民用航空发动机性能的主要途径之一。然而叶片负荷的提高势必会导致更大的逆压梯度和叶顶顶部压差,进而增强泄漏流、加剧流动分离损失,极大地限制了压气机稳定裕度和效率的提升。位于转子叶片顶部的处理机匣能够有效拓宽突尖型失速压气机的稳定裕度,但其对压气机效率的影响在很大程度上取决于叶顶间隙尺寸。针对压气机在启动、稳定运行、减速停车和变工况过程中面临的叶顶间隙尺寸变化这一实际问题,有必要研究不同叶顶间隙尺寸下,压气机的失稳特征和叶顶间隙流动与处理机匣的非定常作用机理,进而明晰处理机匣在不同间隙尺寸条件下的扩稳机理和特性。本文以一台高负荷斜流压气机为主要研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,围绕实壁机匣条件下压气机内部流动失稳特征、处理机匣与压气机叶顶间隙流动相互作用机理及其对压气机稳定裕度和效率的影响机制等问题,细致地开展以下研究工作:(1)间隙对突尖型失速压气机失稳机理的影响:以微型斜流压气机转子和低速轴流压气机转子为研究对象,采用节流阀模型非定常数值计算方法,重点分析了零间隙和大间隙情况下引发压气机失稳流动结构的时空...
【文章页数】：202 页
【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明表
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 压气机内部流动失稳机理研究
1.2.1 压气机失速先兆研究
1.2.2 压气机失速与叶顶泄漏流的关系
1.3 缝式处理机匣的研究进展
1.3.1 机匣处理技术的产生
1.3.2 缝式处理机匣扩稳机理探索
1.4 压气机内部流动损失的研究
1.4.1 压气机流动损失研究进展
1.4.2 当地熵损失分析方法研究
1.5 本文预研究的科学问题
1.6 本文的研究目的和内容
第2章 数值计算软硬件平台
2.1 引言
2.2 数值仿真软件
2.2.1 Numeca/Autogrid5 网格划分软件
2.2.2 ANSYS CFX求解软件
2.3 分布式并行硬件平台
2.4 本章小结
第3章 转子叶顶间隙对压气机失稳机理的影响研究
3.1 引言
3.2 研究对象及计算方法
3.2.1 研究对象
3.2.2 计算模型
3.2.3 压气机失速模拟方法
3.2.4 边界条件及初始条件
3.3 失速类型判断方法
3.4 斜流压气机失稳机理分析
3.4.1 虚拟监测点布置方案
3.4.2 零间隙数值结果与分析
3.4.3 设计间隙数值结果与分析
3.4.4 小结
3.5 IET-LAC失稳机理分析
3.5.1 零间隙数值结果与分析
3.5.2 大间隙数值结果与分析
3.6 本章小结
第4章 轴向缝处理机匣设计及其扩稳机理
4.1 引言
4.2 DOE设计轴向缝
4.2.1 DOE方法简介
4.2.2 半圆形轴向缝的参数化
4.2.3 自动化平台搭建
4.3 计算方法
4.3.1 研究对象与计算域
4.3.2 湍流模型与网格无关性验证
4.3.3 边界条件和收敛判断
4.3.4 数值验证
4.4 轴向缝几何参数对斜流压气机性能影响规律
4.4.1 DOE方案
4.4.2 主效应影响分析
4.4.3 基于叶顶轴向动量分析的处理机匣扩稳能力预测
4.5 处理机匣扩稳机理及叶顶流场作用机理
4.5.1 间隙对压气机特性的影响
4.5.2 间隙对扩稳机理的影响
4.5.3 缝与叶顶流动的作用机理
4.6 本章小结
第5章 轴向缝处理机匣条件下压气机动态失稳特性
5.1 引言
5.2 试验方法介绍
5.2.1 试验台介绍
5.2.2 传感器布置方案
5.2.3 误差分析方法
5.3 压气机失速类型试验研究
5.3.1 稳态测量压气机特性
5.3.2 动态测量结果
5.3.3 失速扰动机理分析
5.4 压气机失速机理数值研究
5.4.1 数值失速特征
5.4.2 失速机理分析
5.5 本章小结
第6章 轴向缝处理机匣对压气机内部流动损失的影响研究
6.1 引言
6.2 研究方法介绍
6.3 损失分布分析
6.3.1 效率与熵产的关系
6.3.2 压气机内部损失分布
6.4 转子顶部损失变化及损失机制研究
6.4.1 转子域损失变化分析
6.4.2 损失机理分析
6.5 损失量化
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新之处
7.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3914429
【文章页数】：202 页
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摘要
abstract
符号说明表
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 压气机内部流动失稳机理研究
1.2.1 压气机失速先兆研究
1.2.2 压气机失速与叶顶泄漏流的关系
1.3 缝式处理机匣的研究进展
1.3.1 机匣处理技术的产生
1.3.2 缝式处理机匣扩稳机理探索
1.4 压气机内部流动损失的研究
1.4.1 压气机流动损失研究进展
1.4.2 当地熵损失分析方法研究
1.5 本文预研究的科学问题
1.6 本文的研究目的和内容
第2章 数值计算软硬件平台
2.1 引言
2.2 数值仿真软件
2.2.1 Numeca/Autogrid5 网格划分软件
2.2.2 ANSYS CFX求解软件
2.3 分布式并行硬件平台
2.4 本章小结
第3章 转子叶顶间隙对压气机失稳机理的影响研究
3.1 引言
3.2 研究对象及计算方法
3.2.1 研究对象
3.2.2 计算模型
3.2.3 压气机失速模拟方法
3.2.4 边界条件及初始条件
3.3 失速类型判断方法
3.4 斜流压气机失稳机理分析
3.4.1 虚拟监测点布置方案
3.4.2 零间隙数值结果与分析
3.4.3 设计间隙数值结果与分析
3.4.4 小结
3.5 IET-LAC失稳机理分析
3.5.1 零间隙数值结果与分析
3.5.2 大间隙数值结果与分析
3.6 本章小结
第4章 轴向缝处理机匣设计及其扩稳机理
4.1 引言
4.2 DOE设计轴向缝
4.2.1 DOE方法简介
4.2.2 半圆形轴向缝的参数化
4.2.3 自动化平台搭建
4.3 计算方法
4.3.1 研究对象与计算域
4.3.2 湍流模型与网格无关性验证
4.3.3 边界条件和收敛判断
4.3.4 数值验证
4.4 轴向缝几何参数对斜流压气机性能影响规律
4.4.1 DOE方案
4.4.2 主效应影响分析
4.4.3 基于叶顶轴向动量分析的处理机匣扩稳能力预测
4.5 处理机匣扩稳机理及叶顶流场作用机理
4.5.1 间隙对压气机特性的影响
4.5.2 间隙对扩稳机理的影响
4.5.3 缝与叶顶流动的作用机理
4.6 本章小结
第5章 轴向缝处理机匣条件下压气机动态失稳特性
5.1 引言
5.2 试验方法介绍
5.2.1 试验台介绍
5.2.2 传感器布置方案
5.2.3 误差分析方法
5.3 压气机失速类型试验研究
5.3.1 稳态测量压气机特性
5.3.2 动态测量结果
5.3.3 失速扰动机理分析
5.4 压气机失速机理数值研究
5.4.1 数值失速特征
5.4.2 失速机理分析
5.5 本章小结
第6章 轴向缝处理机匣对压气机内部流动损失的影响研究
6.1 引言
6.2 研究方法介绍
6.3 损失分布分析
6.3.1 效率与熵产的关系
6.3.2 压气机内部损失分布
6.4 转子顶部损失变化及损失机制研究
6.4.1 转子域损失变化分析
6.4.2 损失机理分析
6.5 损失量化
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新之处
7.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3914429
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3914429.html