本文關(guān)鍵詞：進(jìn)氣畸變環(huán)境下離心壓氣機(jī)內(nèi)部非軸對稱流動特性的研究

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【摘要】：離心壓氣機(jī)作為小型航空發(fā)動機(jī)和廢氣渦輪增壓器的重要組成部件,被廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)等行業(yè)中。離心壓氣機(jī)在使用過程中,一方面,由于其下游采用周向不對稱幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的蝸殼,造成蝸殼及壓氣機(jī)內(nèi)部流場具有周向不均勻性,從而導(dǎo)致壓氣機(jī)工作性能的下降,另一方面,由于受到空間、重量及整機(jī)布置的限制,壓氣機(jī)進(jìn)口不可避免地采用彎管進(jìn)氣的形式。氣流流經(jīng)彎管后,在離心力和粘性力的作用下,壓氣機(jī)進(jìn)口流場發(fā)生復(fù)雜的總壓和漩渦畸變。因此,對壓氣機(jī)的性能和穩(wěn)定工作范圍產(chǎn)生顯著的影響。基于此,本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,以渦輪增壓器上使用的離心壓氣機(jī)為研究對象,對離心壓氣機(jī)內(nèi)部非軸對稱的流動特性進(jìn)行研究。同時(shí),也開展了180°彎管進(jìn)氣畸變環(huán)境下,進(jìn)氣彎管與蝸殼的耦合作用對離心壓氣機(jī)的工作特性及內(nèi)部流動特性影響的研究工作。結(jié)果表明:壓氣機(jī)輪緣靜壓在周向上的分布具有與蝸殼內(nèi)部相同特征的非軸對稱形式。壓氣機(jī)下游流場畸變在向其上游逆向傳播過程中,對上游的影響逐漸減弱。葉輪出口輪緣周向的高壓區(qū)傳播至葉輪進(jìn)口時(shí),與葉輪出口高壓區(qū)的周向位置存在相位差。在不同流量工況下,輪緣周向靜壓分布不均導(dǎo)致葉頂間隙泄漏流在周向的分布存在差異。在小流量工況下,泄漏流量呈現(xiàn)先減小后增大再減小的波動分布;在大流量工況下,泄漏流量呈現(xiàn)先增大后持續(xù)減小分布。另外,改變彎管與蝸殼非對稱結(jié)構(gòu)在周向上的相對位置,彎管出口流場畸變區(qū)域在周向上的位置會發(fā)生變化,從而改變了其與葉輪出口畸變流場的耦合作用效果,因此壓氣機(jī)性能發(fā)生變化。兩種畸變流場間的相互作用會影響葉輪內(nèi)部流場的周向均勻程度。當(dāng)彎管出口低靜壓區(qū)域與葉輪出口高靜壓區(qū)域作用于相同葉片槽道進(jìn)出口時(shí),葉輪內(nèi)部流場周向上的分布最不均勻,在這種情況下的壓氣機(jī)性能低于其他彎管安裝角度下的壓氣機(jī)性能。為了保證安裝彎管后離心壓氣機(jī)的性能下降程度較小,應(yīng)該使彎管出口高靜壓區(qū)域與葉輪出口高靜壓區(qū)域施加于相同葉片槽道。基于上述原則,確定了壓氣機(jī)效率下降較小的彎管安裝周向位置的選擇范圍。
【關(guān)鍵詞】：離心壓氣機(jī) 非軸對稱 間隙泄漏流 彎管進(jìn)氣 畸變
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V233
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 離心壓氣機(jī)進(jìn)氣畸變的研究13-14
• 1.2.2 離心壓氣機(jī)蝸殼周向不均勻的研究14-15
• 1.3 本文的重點(diǎn)研究內(nèi)容及目的15-17
• 第二章 離心壓氣機(jī)數(shù)值模擬方法17-28
• 2.1 流動控制方程及離散方法18-21
• 2.1.1 流動控制方程18-20
• 2.1.2 控制方程的離散方法20-21
• 2.2 湍流模型21-22
• 2.3 計(jì)算域網(wǎng)格的劃分22-26
• 2.3.1 近壁面網(wǎng)格的尺度22-23
• 2.3.2 網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23-25
• 2.3.3 網(wǎng)格質(zhì)量及無關(guān)性檢查25-26
• 2.4 轉(zhuǎn)靜子交界面26
• 2.5 計(jì)算邊界條件26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第三章 離心壓氣機(jī)內(nèi)部流動特性研究28-50
• 3.1 實(shí)驗(yàn)研究對象和實(shí)驗(yàn)測量方法29-33
• 3.1.1 壓氣機(jī)性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測量30-32
• 3.1.2 周向輪緣壓力的實(shí)驗(yàn)測量32-33
• 3.2 離心壓氣機(jī)的計(jì)算模型33-36
• 3.3 離心壓氣機(jī)計(jì)算模型的分析驗(yàn)證36-38
• 3.3.1 離心壓氣機(jī)工作性能的分析驗(yàn)證36-37
• 3.3.2 離心壓氣機(jī)周向輪緣壓力的分析驗(yàn)證37-38
• 3.4 離心壓氣機(jī)內(nèi)部輪緣壓力非軸對稱現(xiàn)象38-43
• 3.4.1 葉輪輪緣壁面上靜壓周向分布特性38-41
• 3.4.2 葉輪出口壓力擾動波在壓氣機(jī)葉輪內(nèi)部傳播的過程及規(guī)律41-43
• 3.5 離心壓氣機(jī)內(nèi)部輪葉頂間隙泄漏流動非軸對稱現(xiàn)象43-47
• 3.5.1 葉頂間隙泄漏在周向的差異43-45
• 3.5.2 葉頂間隙泄漏在軸向上的發(fā)展過程45-47
• 3.6 壓氣機(jī)內(nèi)部氣流的非定常特性47-48
• 3.7 本章結(jié)論48-50
• 第四章 彎管安裝周向位置對離心壓氣機(jī)流動特性影響50-70
• 4.1 研究對象和計(jì)算模型51-53
• 4.2 彎管作用下壓氣機(jī)性能特性對比53-55
• 4.3 進(jìn)氣管道內(nèi)部氣流的流場特性55-56
• 4.4 彎管作用下壓氣機(jī)內(nèi)部氣流的流動特性56-68
• 4.4.1 安裝彎管的葉輪進(jìn)口靜壓場56-59
• 4.4.2 葉輪內(nèi)部周向靜壓分布形式59-61
• 4.4.3 彎管模型性能差異原因分析及彎管安裝角度的選擇61-65
• 4.4.4 葉輪內(nèi)部相對馬赫數(shù)的分布65-66
• 4.4.5 葉頂間隙泄漏流量的分布66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 第五章 全文總結(jié)與展望70-73
• 5.1 全文工作總結(jié)70-72
• 5.2 展望及對今后工作的建議72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 附錄78-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單79-80
• 致謝80

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