本文關鍵詞：壓氣機端區(qū)修型技術研究及應用

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【摘要】：壓氣機是航空/地面/船用燃氣輪機和車/船用渦輪增壓器的主要部件，其性能水平直接決定了國民經濟的高效性和國防裝備的先進性，向來是世界各國科技實力的象征之一。提高效率、挖掘負荷能力、拓寬工作裕度是壓氣機技術發(fā)展的一貫趨勢，流動損失占壓氣機總損失份額高于30％的端區(qū)強三維、非定常復雜湍流流動是導致性能惡化、制約負荷能力提升的瓶頸。有效組織端區(qū)流動以抑制、削弱甚至消除角區(qū)分離是壓氣機負荷最大化研究的突破點之一。 本文針對壓氣機端區(qū)流動調控措施仍顯不足的現狀，通過分析葉輪機角區(qū)分離兩類誘因：一是夾雜橫向二次流動的葉表/端壁附面層流動交匯（在壓氣機逆壓環(huán)境下尤甚）；二是由上游端區(qū)二次流、相對運動固壁造成相對坐標系下切向速度差異、轉靜件間泄漏流導致的端區(qū)來流扭曲(大攻角)，主要開展了以下研究內容： 首先，提出了解決端壁扭曲來流的壓氣機端區(qū)修型新思想——前緣邊條葉片（Leading Edge Stake Blade，以下簡寫為LESB），并結合葉身/端壁融合（Blended Bladeand End Wall，以下簡寫為BBEW）技術，利用Fortran語言開發(fā)適用于軸流式、離心式等葉輪機械的端區(qū)修型幾何造型程序。 其次，在利用葉柵試驗數據確認CFD模擬精度及掌握使用經驗后，基于CFX軟件，針對-5°、0°和5°攻角帶端區(qū)附面層扭曲來流條件下NACA65原型及LESB葉片流場進行了數值模擬；結果表明，LESB設計能有效組織端區(qū)流場，改善壓氣機性能，而LESB高度、前伸長度選取存在最佳值，邊條高度取略大于來流扭曲附面層厚度為宜；對BBEW修型方案采用NUMECA軟件，，在主流區(qū)-10°、0°和5°攻角不帶端區(qū)附面層扭曲來流條件下NACA65原型及BBEW葉片流場進行了數值模擬。BBEW設計能削弱吸力面角區(qū)分離，提高擴壓葉柵氣動性能，并具有良好的變工況適應性。 然后，針對Krain離心葉輪開展前緣、主葉片吸/壓力面、分流葉片吸/壓力面分別實施不同BBEW設計的多種修型方案，發(fā)現前緣BBEW設計能使離心葉輪在施加常規(guī)工程倒圓的基礎上絕熱效率提升約0.4個百分點，其展高的影響幅度可以達到20%。主/分流葉片上合理施加BBEW方案可使絕熱效率提高0.3%，而總壓比提高0.06。 最后，開展帶葉片式擴壓器的渦輪增壓器用離心壓氣機級的數值模擬工作。采用NUMECA軟件，在對原型流動細節(jié)分析的基礎上，實施吸力面BBEW技術修型，在一定程度上推遲和減弱了角區(qū)分離，使得峰值效率提高近0.4%，近阻塞點效率提升近0.7%，壓比略有提升而喘振裕度未受影響。最后對比分析了BBEW設計對流場結構影響，給出了性能改善原因。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH45

【參考文獻】

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1 毛明明,宋彥萍,王仲奇;倒角和間隙對跨音軸流壓氣機氣動性能的影響[J];熱能動力工程;2005年05期

2 陳得勝;劉波;那振U

本文編號：1303703