壓氣機(jī)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一,壓氣機(jī)葉頂間隙流是近年來(lái)重要的研究方向之一,許多針對(duì)性的控制方法也有效地改善了葉頂間隙流動(dòng)狀況,但也存在一些局限性或者負(fù)面的效果。為了進(jìn)一步探究提高壓氣機(jī)性能和改善間隙流動(dòng)狀況的方法,本文基于壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)和CFX數(shù)值模擬軟件,對(duì)某兩級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分析其氣動(dòng)性能和內(nèi)部流場(chǎng),并對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果;本文對(duì)壓氣機(jī)動(dòng)葉葉頂做了加冠處理,并進(jìn)行數(shù)值模擬,研究加冠處理的動(dòng)葉在消除原有葉頂間隙的泄漏形式后,會(huì)對(duì)壓氣機(jī)產(chǎn)生何種影響,并與原壓氣機(jī)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,研究動(dòng)葉葉頂加冠處理的可行性,為壓氣機(jī)葉頂間隙流的控制研究提供參考,主要內(nèi)容如下:1、數(shù)值模擬方法的驗(yàn)證。以兩級(jí)跨音級(jí)軸流壓氣機(jī)為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬的方法得到壓氣機(jī)的不同轉(zhuǎn)速下的性能特性曲線,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性。2、壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的分析。分析了不同轉(zhuǎn)速不同葉高截面在近峰值效率工況、近失速工況和阻塞工況的相對(duì)馬赫數(shù)云圖變化情況,揭示了壓氣機(jī)在近失速工況和阻塞工況的不穩(wěn)定流態(tài)的分布情況,同時(shí)還分析了在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速下不同工況葉片表面極限流線圖,從中展示了動(dòng)靜葉全葉高不... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

轉(zhuǎn)子內(nèi)部流場(chǎng)的不穩(wěn)定流態(tài)壓氣機(jī)作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，壓氣機(jī)作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組

2會(huì)導(dǎo)致葉片發(fā)生疲勞斷裂[1]。設(shè)計(jì)人員在壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中不得不考慮壓氣機(jī)這些諸多因素，例如不穩(wěn)定工況導(dǎo)致葉片分離現(xiàn)象加劇，使葉頂間隙帶來(lái)的負(fù)面作用增大。壓氣機(jī)葉頂間隙流是近年來(lái)一個(gè)重要的研究方向，已有許多研究人員對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了大量深入研究，皆表明葉頂間隙流動(dòng)狀況對(duì)壓氣機(jī)的性能有著重要的影響。同時(shí)，為了抑制葉頂間隙流動(dòng)所帶來(lái)的不利影響，相應(yīng)的控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，圖1.1為轉(zhuǎn)子內(nèi)部流場(chǎng)的不穩(wěn)定流態(tài)。1.2壓氣機(jī)葉頂間隙研究現(xiàn)狀壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于機(jī)匣做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為了避免轉(zhuǎn)子葉片的頂部與機(jī)匣發(fā)生摩擦和碰撞，葉片和機(jī)匣之間會(huì)留有一定的間隙。而葉頂間隙的存在，使葉尖附近的流場(chǎng)復(fù)雜化，壓氣機(jī)葉頂間隙附近的流場(chǎng)具有非常復(fù)雜的三維粘性流動(dòng)特點(diǎn)，如圖1.2所示，由于轉(zhuǎn)子葉片的吸力面和壓力面存在壓差，使得一部分少量流體從葉片頂部的間隙流過(guò)，我們稱作葉頂間隙泄漏流，流過(guò)間隙的泄漏流會(huì)與主流道的氣流相互摻混，形成葉頂附近特有的流常根據(jù)大量研究表明，壓氣機(jī)的葉頂間隙的存在對(duì)壓氣機(jī)的效率、壓比和穩(wěn)定性都有一定的影響，葉頂間隙泄漏流引起的流動(dòng)損失已占到總損失的一半左右,成為了影響壓氣機(jī)性能的主要因素之一[2-5]。圖1.2葉頂間隙泄漏流多年來(lái)，葉頂間隙對(duì)壓氣機(jī)總體性能影響的機(jī)理研究一直是研究人員思考的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前已取得了許多有價(jià)值研究成果，但還是有許多難點(diǎn)問(wèn)題尚未解決，泄漏流、主流、葉片和機(jī)匣附面層等之間的相互干擾摻混使得葉頂處氣流的流動(dòng)特性變得極為復(fù)雜，具有明顯的非定常性，而目前針對(duì)葉頂間隙的研究方法主要有理論模型、實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬三種[6]。因此，探究葉頂間隙泄漏的流動(dòng)機(jī)理和優(yōu)化抑制泄漏流的方法對(duì)壓氣機(jī)性能的提升十分重要。

4普勒測(cè)速儀(簡(jiǎn)稱LDV)測(cè)量出了葉柵葉頂間隙處的流場(chǎng)的平均速度場(chǎng)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)葉頂間隙泄漏渦影響了弦向中部間隙處的壓力載荷從而對(duì)此處的速度產(chǎn)生了影響，中部間隙處速度幾乎是均勻的，在特定弦長(zhǎng)處速度從壓力面到吸力面是增加的，整體的弦向看幾乎不變，葉頂間隙流動(dòng)就像射流一樣。Schrapp[17,18]等人利用PIV(粒子圖像測(cè)速法)實(shí)驗(yàn)測(cè)量葉柵葉頂間隙附近流場(chǎng)，隨著出口背壓的不斷升高，在近失速工況附近，間隙的旋渦會(huì)發(fā)生變化，旋渦的軸向速度會(huì)下降到接近于零，通道內(nèi)會(huì)形成一個(gè)低動(dòng)量氣流，隨后分解為兩個(gè)方向的旋渦。韓少冰等人[19]采用五孔探針測(cè)量壓氣機(jī)葉柵出口截面氣動(dòng)參數(shù)，研究了不同葉頂間隙高度和進(jìn)口氣流角對(duì)壓氣機(jī)葉頂間隙角區(qū)分離流動(dòng)的影響機(jī)理，結(jié)果表明，壓氣機(jī)存在“最佳葉頂間隙”，當(dāng)間隙大小適宜時(shí)，泄漏流能抑制葉片吸力面附面層與頂部二次流的相互作用，從而抑制三維角區(qū)分離流動(dòng)，葉柵性能得到提高，沖角大小對(duì)葉頂泄漏渦、二次流等影響比較敏感，同時(shí)間隙的增大和主流沖角的減小都會(huì)使葉頂間隙所引發(fā)的泄漏渦向下游移動(dòng)。圖1.3葉頂間隙引發(fā)的旋渦平面葉柵的實(shí)驗(yàn)方法雖說(shuō)實(shí)用方便，但沒有考慮離心力和哥式力等因素的影響，與實(shí)際壓氣機(jī)的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是有所差異，近年來(lái)隨著實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，葉頂間隙的研究逐漸采用壓氣機(jī)來(lái)實(shí)施。Stauter[20]利用激光多普勒測(cè)速儀測(cè)量了一臺(tái)兩級(jí)軸流壓氣機(jī)的二級(jí)動(dòng)葉的間隙流場(chǎng)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)泄漏渦只出現(xiàn)在特定的某些弦長(zhǎng)位置，泄漏渦從產(chǎn)生到消失經(jīng)歷了由強(qiáng)到弱，然后又由弱變強(qiáng)的發(fā)展過(guò)程。桂幸民[21]利用高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器對(duì)J69-T41A(WP11)發(fā)動(dòng)機(jī)跨音速單級(jí)軸流壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子葉頂間

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]軸流壓氣機(jī)葉尖間隙影響失速的機(jī)理及周向單槽機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)研究[D]. 謝芳.西北工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3029167