轴流压缩机叶片气动设计

发布时间：2017-08-09 02:26

  本文关键词：轴流压缩机叶片气动设计

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【摘要】：现代工业轴流压缩机设计,在保证设计点高效率的前提下,拓宽工况范围,提高稳定工作裕度是未来轴流压缩机发展的趋势。本文研究通过S1/S2两类流面设计并结合多点优化设计方法进行单级轴流压缩机叶片的设计,对压缩机叶片设计点和非设计点性能进行改进。对使用重复级方法设计多级工业轴流压缩机的可行性进行论证。首先,对实验室的S2流面通流计算结果与NUMECA软件三维计算结果进行了比较,结果表明两者一致性较好,可以用于亚音轴流压缩机的设计。并通过对进口轮毂比、叶尖轮缘速度和单级压比对转、静子性能的分析,选择出合适的设计参数。其次,根据S2流面通流计算结果进行单级压缩机动、静叶叶型的设计,并通过S1流面流场计算得到叶型的全工况特性;针对静子叶型裕度不足的问题,采用正问题设计法对叶型几何进行修改,将静叶各叶高叶型失速攻角提高了4°以上。将动、静叶各叶高叶型设计点S1流面计算结果与在三维环境中的计算结果进行了比较,结果表明:两个计算结果基本保持一致。所以在亚音轴流压缩机设计中,S1流面计算结果可以模拟三维叶型在三维环境中的流动特征。再次,采用实验室S1流面多点优化设计平台对初始设计S1流面叶型的设计点和两个非设计点进行了优化。优化后,动、静叶各叶高S1流面叶型在全特性范围内损失都有不同程度的降低,叶型低损失范围增大。同时,叶型失速攻角都提高了1°以上。最后,将初始叶型和优化叶型分别径向积叠成三维叶片,并构造成单级轴流压缩机,在全三维条件下进行设计转速下全特性计算,计算结果表明:设计点转子效率提高了0.17%,静子总压恢复系数由0.996提高到0.997;单级压缩机稳定裕度提高了7.1%。提出三级重复级设计的基本方法,并针对一个设计目标进行了验证设计;三级重复级设计总压比为1.517,效率为91.7%,达到设计目标。通过对四级、五级的重复级设计计算结果分析表明,级数增加越多,后面级重复性越好,但是由于子午面收缩较多,后面级近端壁处效率降低较多。
【关键词】：S1/S2流面设计 大流量 轴流压缩机 多点优化 重复级
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH453
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 轴流压缩机发展15-20
• 1.2.1 国外工业轴流压缩机现状15-16
• 1.2.2 国内轴流压缩机现状16-17
• 1.2.3 轴流压缩机设计发展现状17-18
• 1.2.4 轴流压缩机叶型简介18-20
• 1.3 本文主要研究内容20-21
• 第二章 S2流面通流设计21-32
• 2.1 S2流面通流计算及损失模型的校验21-23
• 2.2 主要参数对单级性能的影响23-31
• 2.2.1 进口轮毂比对单级性能的影响分析23-26
• 2.2.2 轮缘速度对单级性能的影响分析26-29
• 2.2.3 单级总压比对单级性能的影响分析29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 轴流压缩机S1流面叶型设计32-53
• 3.1 二维叶型设计32-37
• 3.1.1 轴流压缩机叶型选择33-34
• 3.1.2 S1流面叶型设计34-37
• 3.2 S1流面流场计算37-43
• 3.2.1 流面厚度对S1流面计算结果影响38-40
• 3.2.2 流向网格数及径向网格数对S1流面计算结果影响40-43
• 3.3 S1流面叶型特性计算43-44
• 3.4 静叶S1流面叶型改进设计44-49
• 3.5 S1流面流场计算与三维计算对比49-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 S1流面叶型气动优化设计53-80
• 4.1 S1流面多点优化设计方法53-56
• 4.2 不同参数对优化结果的影响56-60
• 4.2.1 网格数不同对优化计算结果的影响56-59
• 4.2.3 优化进气角范围对优化结果的影响59-60
• 4.3 动叶S1流面叶型优化60-70
• 4.3.1 动叶不同叶高叶型优化结果对比61-63
• 4.3.2 动叶优化前后流场特征分析63-70
• 4.4 静叶S1流面叶型优化70-78
• 4.4.1 静叶不同叶高叶型优化结果对比70-73
• 4.4.2 静叶优化前后流场特征分析73-78
• 4.5 本章小结78-80
• 第五章 轴流压缩机级设计80-106
• 5.1 轴流压缩机级设计80-82
• 5.1.1 单级压缩机构造80-81
• 5.1.2 数值计算及边界条件81-82
• 5.2 单级优化设计研究82-85
• 5.2.1 优化前后叶片比较82-83
• 5.2.2 优化前后单级性能及流场分析83-85
• 5.3 不同参数对单级性能的影响85-91
• 5.3.1 子午面对单级性能影响85-87
• 5.3.2 静叶叶型加弯对单级性能影响87-89
• 5.3.3 转子前掠对单级性能影响89-91
• 5.4 三级压缩机设计研究91-100
• 5.4.1 三级轴流压缩机设计91-95
• 5.4.2 其他参数对三级设计影响95-100
• 5.5 多级压缩机设计研究100-105
• 5.5.1 多级压缩机设计及数值计算100-101
• 5.5.2 多级压缩机各级性能研究101-105
• 5.6 本章小结105-106
• 第六章 总结与展望106-108
• 参考文献108-111
• 致谢111-112
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文112

【参考文献】

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本文编号：643154