【摘要】： 壓氣機(jī)的失速與喘振是兩種既有密切聯(lián)系又互相區(qū)別的非穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象。喘振會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)葉片發(fā)生劇烈的震蕩,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損害壓氣機(jī)本身,而旋轉(zhuǎn)失速是喘振發(fā)生前的先兆,深入分析旋轉(zhuǎn)失速是控制壓氣機(jī)喘振的重要前提和基礎(chǔ)。 本文采用三維數(shù)值模擬的方法,利用CFD技術(shù)仿真某離心式壓氣機(jī)。利用NASA文獻(xiàn)提供的壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器葉片數(shù)據(jù)建立計(jì)算模型,并用解析幾何的方法處理壓氣機(jī)葉片前緣的圓弧,建立壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器的幾何模型,并建立高、中、低三種不同網(wǎng)格密度的計(jì)算域模型,分別在80%和100%工況下對(duì)三種網(wǎng)格密度的計(jì)算模型,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算。通過對(duì)比三種網(wǎng)格密度在高低工況下的流場(chǎng)分布特性、壓力分布特性、壓氣機(jī)整機(jī)性能和數(shù)值仿真結(jié)果誤差,發(fā)現(xiàn)三種網(wǎng)格密度模型的計(jì)算結(jié)果相差不大,壓氣機(jī)特性也相同,由此證明低密度網(wǎng)格能夠滿足壓氣機(jī)特性仿真計(jì)算的要求。 利用低密度網(wǎng)格建立壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器的全周計(jì)算模型,進(jìn)行壓氣機(jī)近喘振點(diǎn)三維非定常計(jì)算。本文主要研究壓氣機(jī)在近喘振點(diǎn)附近的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),壓氣機(jī)在發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速前,擴(kuò)壓器流道內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了流場(chǎng)分布不對(duì)稱的現(xiàn)象,而且這些不均勻的流場(chǎng)分布在計(jì)算的不同時(shí)刻,也發(fā)生變化。在失速發(fā)生之前擴(kuò)壓器葉片的壓力面和吸力面都出現(xiàn)氣體分離,發(fā)生氣體分離的位置從葉根處隨時(shí)間變化向葉頂方向發(fā)展。 通過計(jì)算,壓氣機(jī)在高工況下運(yùn)行時(shí),旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生的速度較快,失速頻率為26.5Hz,并且失速發(fā)生對(duì)應(yīng)壓氣機(jī)特性圖上的范圍非常窄,失速發(fā)生后緊接著壓氣機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài),在計(jì)算到第13圈時(shí),壓氣機(jī)進(jìn)入深度喘振,這與實(shí)際壓氣機(jī)特性符合。本文的研究為進(jìn)一步采取主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù),如擴(kuò)壓器機(jī)匣或輪轂射流主動(dòng)控制離心壓氣機(jī)喘振,奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 旋轉(zhuǎn)失速二重特性示意圖[17]速渦的出現(xiàn)和失速域的擴(kuò)大，壓力-流量特性曲線的曲率達(dá)到 B 點(diǎn)后突躍到 B‘點(diǎn)，再減小流量到全閉點(diǎn) A。然后再到 B‘點(diǎn)，工況并不是突躍到 B 點(diǎn)，，而是前行至 C‘點(diǎn)，再所謂的失速機(jī)理的二重特性。其原因是 B 點(diǎn)右邊的大流量片頂部附近產(chǎn)生的部分半徑失速，特性曲線 A B‘C‘段上出于葉片全高的全半徑失速。交通大學(xué)王志標(biāo)等[18]，分析比較了壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象和聯(lián)系，重點(diǎn)分析了失速和喘振的產(chǎn)生機(jī)理，并從各相關(guān)學(xué)現(xiàn)主動(dòng)控制與被動(dòng)控制在防止壓氣機(jī)喘振時(shí)的不同。被動(dòng)到達(dá)喘振邊界，而主動(dòng)控制是左移壓縮機(jī)的喘振邊界，被易實(shí)現(xiàn)，而主動(dòng)控制在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，但是能拓寬壓氣縮機(jī)旋轉(zhuǎn)失速實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀

圖 2.1 近壁面附面層劃分目前，絕大多數(shù)湍流模型都是假設(shè)在整個(gè)計(jì)算域中流動(dòng)是湍流狀態(tài)，忽視了附面層轉(zhuǎn)捩的問題，這樣處理在大多出情況下雖然可以得到基本令人滿意的數(shù)值結(jié)果，但深入探討確實(shí)是不完善的。附面層轉(zhuǎn)捩方面的研究一直是國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)課題，對(duì)轉(zhuǎn)捩的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是轉(zhuǎn)捩模型可靠性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)�；诠こ虘�(yīng)用的轉(zhuǎn)捩的預(yù)測(cè)有兩大類模型：其一，低雷諾數(shù)湍流模型，在湍流模型的基礎(chǔ)上使用壁面衰減函數(shù)猝發(fā)轉(zhuǎn)捩，這種概念基于輸運(yùn)方程且實(shí)現(xiàn)起來并不困難，但是從經(jīng)驗(yàn)上看，這種方法不能恰當(dāng)?shù)恼业接绊戅D(zhuǎn)捩的各種因素。其二，實(shí)驗(yàn)相關(guān)模型，通過湍流強(qiáng)度和動(dòng)量厚度雷諾數(shù)之間的關(guān)聯(lián)判斷轉(zhuǎn)捩的猝發(fā)，建立由間歇因子和動(dòng)量厚度雷諾數(shù)判斷準(zhǔn)則構(gòu)成的兩個(gè)輸運(yùn)方程。CFX 基于實(shí)驗(yàn)相關(guān)模型開發(fā)了轉(zhuǎn)捩模型。在轉(zhuǎn)捩模型中，Langtry-Menter的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)方法可以用來預(yù)測(cè)跨越轉(zhuǎn)捩（Bypass Transition）問題，結(jié)合 SST湍流模型，可以用于寬廣范圍湍流場(chǎng)的模擬。在葉輪機(jī)內(nèi)，上游尾跡干擾誘導(dǎo)下游葉片附面層周期性的轉(zhuǎn)捩屬于跨越轉(zhuǎn)捩模式，因此該模型可以被用來
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH452

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 李佳瑞;某型1.5級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

2 怓永泰;三元葉輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及其氣動(dòng)性能分析[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2608978