【摘要】：軸流和離心壓氣機(jī)作為氣態(tài)工質(zhì)壓縮裝置,在現(xiàn)代工業(yè)中扮演重要角色。在壓氣機(jī)內(nèi)部,由于同時(shí)存在轉(zhuǎn)動和靜止部件,壓氣機(jī)內(nèi)部工質(zhì)流動必然受到轉(zhuǎn)靜干涉等因素影響,呈現(xiàn)高度非定常特征。在葉輪機(jī)械內(nèi)部流場中,某一點(diǎn)可能同時(shí)遭受多個因素共同影響,該點(diǎn)處氣體流動狀態(tài)就會呈現(xiàn)出多個影響因素耦合疊加特點(diǎn)。而這種耦合又會因相對相位變化誘發(fā)不同的疊加效應(yīng),致使工質(zhì)非定常流動行為受到激勵或抑制,進(jìn)而影響壓氣機(jī)內(nèi)部氣體非定常流動特性。如果能夠深入了解這些影響因素疊加過程及特點(diǎn),將有利于實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)內(nèi)部非定常流動的較好組織,最終提高壓氣機(jī)的氣動性能和部件可靠性。本文使用數(shù)值計(jì)算方法,分析壓氣機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)靜干涉及多個轉(zhuǎn)靜干涉相互疊加現(xiàn)象,詳細(xì)討論壓氣機(jī)內(nèi)部多個干涉因素耦合疊加過程,并建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型,用以揭示不同疊加效應(yīng)出現(xiàn)的機(jī)理。研究工作主要內(nèi)容如下:1.第3章以兩排葉片組成的軸流壓氣機(jī)為基礎(chǔ)模型,通過一系列模型修改構(gòu)成研究目的所需模型,用以研究上游葉片對下游葉片尾跡,和下游葉片對上游葉片尾跡抖動行為的驅(qū)動機(jī)理。研究結(jié)果表明:上游葉片尾跡是下游葉片尾跡抖動行為的主要誘導(dǎo)源之一。相應(yīng)誘導(dǎo)機(jī)理為:上游葉片尾跡與下游葉片邊界層發(fā)生干涉,致使干涉區(qū)邊界層厚度增加,隨后葉片兩側(cè)增厚邊界層異步匯入尾跡,導(dǎo)致下游葉片尾跡發(fā)生抖動行為。下游葉片勢流也是上游葉片尾跡抖動行為的一個主要驅(qū)動力。相應(yīng)驅(qū)動機(jī)理為下游葉片勢能造成兩排葉片之間無葉區(qū)域存在靜壓周向梯度。隨轉(zhuǎn)靜葉片排相對運(yùn)動,這種靜壓周向梯度周期性變化,進(jìn)而驅(qū)動上游葉片尾跡隨時(shí)間發(fā)生左右擺動現(xiàn)象,在空間尾跡呈現(xiàn)抖動狀態(tài)。2.在三排葉片組成的壓氣機(jī)中,上下游葉輪均對中間靜葉尾跡抖動行為進(jìn)行干涉。據(jù)此,研究重點(diǎn)為上下游干涉耦合作用下中間葉片的尾跡抖動特性。根據(jù)觀察結(jié)果,建立多種影響因素疊加公式,并借鑒模型拆分方法分離部分干涉因素,進(jìn)而獲得部分干涉因素的時(shí)域信息。最后,依據(jù)影響因素時(shí)域疊加圖形(時(shí)域相對相位)揭示多因素如何耦合驅(qū)動中間葉片尾跡抖動,及此過程中多因素不同疊加效應(yīng)出現(xiàn)機(jī)理。3.第5章基于已建立的影響因素疊加公式,研究中間葉片表面壓力非定常變化。同樣應(yīng)用模型拆分方法獲得部分影響因素的時(shí)域波形和時(shí)域疊加特征,分析了軸徑流組合壓氣機(jī)中靜葉表面壓力非定常變化。另外,通過多次應(yīng)用模型分解方法,將參與疊加的主要影響因素相互分離,獲得更多干涉因素時(shí)域信息,進(jìn)而拓展和完善了影響因素疊加公式的應(yīng)用。在詳細(xì)分析影響因素時(shí)域特征后發(fā)現(xiàn):影響因素的相對相位和影響因素自身非定常變化強(qiáng)度是決定它們耦合疊加效應(yīng)的主導(dǎo)因素。4.第6章從內(nèi)燃機(jī)二級渦輪增壓器系統(tǒng)中抽取出彎管導(dǎo)流進(jìn)氣的離心壓氣機(jī)模型。用數(shù)值模擬方法預(yù)測8個時(shí)序位置(進(jìn)氣彎管相對于蝸殼的周向位置)下壓氣機(jī)氣動性能。計(jì)算結(jié)果表明進(jìn)氣彎管和蝸殼間確實(shí)存在時(shí)序效應(yīng)現(xiàn)象。由于研究模型中并不存在上下游同名葉片排,因此“經(jīng)典”時(shí)序效應(yīng)機(jī)理不再適用于這種特殊的時(shí)序效應(yīng)。本文依據(jù)非定常計(jì)算結(jié)果,應(yīng)用上文所闡述的多因素耦合疊加理論完善地闡述了進(jìn)氣彎管與蝸殼間存在時(shí)序效應(yīng)的原因,并確定了時(shí)序位置變化引發(fā)壓氣機(jī)內(nèi)部流動惡化的具體位置。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH45

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本文編號：2253794