發(fā)布時(shí)間：2020-08-14 17:10

【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率以及高推重比的發(fā)展方向?qū)簹鈾C(jī)部件性能提出了更高的要求。通過改變壓氣機(jī)通流部分的幾何形狀來提升壓氣機(jī)氣動(dòng)性能將會是一個(gè)有前途的發(fā)展方向�；谶@種認(rèn)識,本論文采用三維數(shù)值模擬的方法研究了一臺低速重復(fù)級壓氣機(jī),研究的過程中通過變化其靜葉類型(分別使用直葉片與正彎曲葉片)以及動(dòng)、靜葉間軸向間隙來改變壓氣機(jī)通流部分的幾何形狀。 本文首先研究了原始軸向間隙下分別采用直靜葉和正彎曲靜葉的兩臺壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能。結(jié)果表明:正彎曲靜葉壓氣機(jī)的軸功與直靜葉壓氣機(jī)相比有所減小,軸功的減小對效率的提升是一個(gè)積極因素,從另一個(gè)側(cè)面也說明正彎曲靜葉弱化了級間勢流干擾的強(qiáng)度。正彎曲靜葉的采用在全工況范圍內(nèi)都不同程度地提升了壓氣機(jī)的效率,同時(shí)喘振裕度也獲得提高。但是,與直靜葉壓氣機(jī)相比,氣流的折轉(zhuǎn)能力與通流能力有所下降。靜葉正彎曲改變了葉片表面的靜壓分布,在吸力面表面建立起了“C”型壓力分布,即沿徑向兩端壓力高,中間壓力低。端區(qū)的低能流體在壓差的作用下向中徑處移動(dòng),從而有效地防止了邊界層內(nèi)流體在端區(qū)的聚積。 本文在原始軸向間隙的基礎(chǔ)上構(gòu)造了兩種軸向間隙減小的方案,分別對采用直、正彎曲靜葉的壓氣機(jī)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,無論是采用直靜葉還是正彎曲靜葉的壓氣機(jī),軸向間隙的減小使得壓氣機(jī)扭矩增加,說明小軸向間隙增強(qiáng)了葉列間的勢流干擾,減小軸向間隙有助于提升壓氣機(jī)的總性能。但是,過小的軸向間隙又會惡化壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能,使得壓氣機(jī)的喘振裕度降低。這說明存在使得壓氣機(jī)獲得最佳氣動(dòng)性能的最佳軸向間隙。此外,近喘工況時(shí),壓氣機(jī)性能對軸向間隙變化的敏感程度最高,最大流量工況時(shí)最低,設(shè)計(jì)工況居中。直靜葉壓氣機(jī)較正彎曲靜葉壓氣機(jī)對軸向間隙的變化更為敏感。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH45
【圖文】：

View-B[15]圖1-2 葉片彎曲的定義1.3.2 彎葉片在葉輪機(jī)械中的作用機(jī)理彎曲葉片是在上個(gè)世紀(jì)60年代提出的，這種葉片的提出開創(chuàng)了葉輪機(jī)械理論研究的新領(lǐng)域，受到世界各國葉輪機(jī)械專家的高度重視，同時(shí)引發(fā)了一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼開展了有關(guān)彎曲葉片的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)、理論分析及數(shù)值計(jì)算等方面的研究。后來，彎曲葉片被成功地應(yīng)用于各種葉輪機(jī)械上，對葉輪機(jī)械的發(fā)展起到了具有里程碑意義的作用。當(dāng)葉片的長度比較大時(shí)，根部與頂部的反動(dòng)度的差值是很大的。為了防止葉頂?shù)姆磩?dòng)度過大而導(dǎo)致嚴(yán)重的頂部間隙漏氣損失，只能在根部引入負(fù)的反動(dòng)度，而這無疑會加劇根部低能流體的分離。上個(gè)世紀(jì)60年代，王仲奇教授與前蘇聯(lián)專家費(fèi)里鮑夫提出了葉片彎曲成形理論，該理論提出的目的就是使得反動(dòng)度沿葉高均勻化從而來改善葉輪機(jī)械的氣動(dòng)性能。人們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)葉片的周向彎曲可以降低葉柵內(nèi)二次流損失[6,16]。開始時(shí)科研人員認(rèn)為葉片彎曲可以獲得沿葉高均勻的反動(dòng)度分布

理論指出決定葉柵內(nèi)能量損失的主要因素并不是反動(dòng)度沿葉高的分布，而是葉柵流道內(nèi)，尤其是喉部以后靜壓沿葉高的分布。葉片正向彎曲后，在葉片吸力面形成了兩端壓力高，中間壓力低的“C”型壓力分布，如圖1-3所示端部角區(qū)的低能流體在壓差的作用下進(jìn)入了主流區(qū)，從而減少了低能流體在端- 4 -

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文展中部擴(kuò)壓因子由于流管發(fā)散而增加。在參考附面層狀態(tài)下，15°CA的研究表明，總壓損失比常規(guī)直葉柵有所改善。因此，該論文中指出，正確的、適當(dāng)?shù)膬A斜角的應(yīng)用可改善端壁區(qū)域的流動(dòng)，在中等沖角與失速?zèng)_角之間，葉展平均損失有明顯的改善，較為合適的傾斜角為 15°。Sasaki等[15]采用CDA葉型正彎曲平面擴(kuò)壓葉柵的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也表明，如圖 1-4，葉柵性能改變對彎曲積迭線型式較敏感，彎曲角度和彎高并不與性能改善成正比，15°彎曲角度下的性能參數(shù)為最佳；在端壁處，彎曲使得壓力提高，軸向速度（質(zhì)量流量）和葉片負(fù)荷下降，中徑處則相反，損失增加。

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本文編號：2793309