本文關(guān)鍵詞：高負(fù)荷擴(kuò)壓葉柵附面層抽吸對分離流動控制研究

  更多相關(guān)文章： 低反動度壓氣機(jī) 附面層抽吸 流動分離 氣動性能

【摘要】：航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展決定著我國航空事業(yè)的水平,只有航空發(fā)動機(jī)達(dá)到了先進(jìn)水平,航空事業(yè)才能不斷發(fā)展進(jìn)步。作為航空發(fā)動機(jī)中重要部件之一的壓氣機(jī)的氣動性能的高低也是影響航空發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵因素。隨著壓氣機(jī)負(fù)荷的增加,葉柵內(nèi)的流動分離情況也逐漸加劇,使得高負(fù)荷壓氣機(jī)的設(shè)計變得較困難。為了解決這一難題,MIT提出了“吸附式壓氣機(jī)”的概念,而國內(nèi)哈工大王松濤教授則提出了只在靜葉中進(jìn)行附面層抽吸的高負(fù)荷低反動度吸附式壓氣機(jī)設(shè)計概念。由于該類壓氣機(jī)動葉采用了低反動度設(shè)計,因此其下游與之相匹配的靜葉負(fù)荷將會升高,故在靜葉中需要采用附面層抽吸技術(shù)來控制靜葉柵中的分離流動,提高壓氣機(jī)的氣動性能。本文選擇了亞音速和跨音速兩種低反動度單級壓氣機(jī)的靜葉進(jìn)行附面層抽吸,研究附面層抽吸對該壓氣機(jī)靜葉內(nèi)分流流動的控制及氣動性能的影響。為了使得數(shù)值計算結(jié)果更具有工程實際應(yīng)用性,本文在靜葉中設(shè)計了葉片空腔、抽吸孔或抽吸槽以及端壁引氣腔等結(jié)構(gòu)。本文選擇Stage35來進(jìn)行數(shù)值計算方法驗證,網(wǎng)格數(shù)為100萬,采用k-ε湍流模型。通過將數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比,證明本文采用k-ε湍流模型計算得到的結(jié)果是可靠的,本文采用的數(shù)值計算方法可行。在證明數(shù)值計算方法可靠后,本文先以低轉(zhuǎn)速的亞音速壓氣機(jī)靜葉為附面層抽吸研究對象,在靜葉中通過葉片空腔、吸力面與端壁抽吸孔以及端壁引氣腔等抽吸結(jié)構(gòu)進(jìn)行附面層抽吸。依據(jù)原始的壓氣機(jī)分離流動形式,初步設(shè)定了下端壁與吸力面聯(lián)合抽吸的附面層抽吸方案。選擇一個“特定的”工況進(jìn)行數(shù)值計算,結(jié)果表明,只采用下端壁和吸力面進(jìn)行附面層抽吸,上端壁區(qū)域會出現(xiàn)流動惡化,但是隨著抽吸量的增加,流動情況會得到進(jìn)一步的改善,壓氣機(jī)的總性能會有明顯提高;通過調(diào)整局部的抽吸量或者抽吸位置的方式,能夠使各部分抽吸量重新分配,從而使附面層抽吸效果更顯著,證明通過調(diào)整局部抽吸方式來改善抽吸效果的策略是可行的。在下端壁與吸力面聯(lián)合抽吸方式的研究基礎(chǔ)上,本文添加了新的附面層抽吸方案,采用了上、下端壁與吸力面聯(lián)合抽吸的方式,保留葉片空腔等實際抽吸結(jié)構(gòu)。研究了整個工況范圍內(nèi)附面層抽吸對葉柵內(nèi)分離流動的控制作用以及其對壓氣機(jī)氣動性能的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)采用上、下端壁雙側(cè)抽吸時,附面層抽吸能夠很好的控制整個工況范圍內(nèi)的分離流動,且總壓比以及效率均有所提升,壓氣機(jī)的氣動性能得到進(jìn)一步的改善;適當(dāng)?shù)卦黾映槲恳部色@得性能的明顯提升,效率最高可達(dá)0.91,總壓比最高可達(dá)1.055。同時本文還對比研究了下端壁單側(cè)抽吸方案在變工況時,對分離流動的控制效果。研究結(jié)果顯示,單側(cè)抽吸雖然也能夠控制近堵點(diǎn)的流動分離,但是特性線中會存在折轉(zhuǎn)點(diǎn),即級出口背壓升高到某一數(shù)值時,上端壁區(qū)域會出現(xiàn)大尺度的分離流動,壓氣機(jī)的性能會突然下降。而且在折轉(zhuǎn)點(diǎn)前后,不同位置的抽吸量會自動重新分配。通過對比可以看出兩側(cè)抽吸才能夠在整個工況范圍內(nèi)較好的控制葉柵內(nèi)的分離流動,保證壓氣機(jī)在整個工作范圍內(nèi)都具有較高的效率和總壓比。最后本文針對高轉(zhuǎn)速的跨音速壓氣機(jī)進(jìn)行附面層抽吸的相關(guān)研究。首先將吸力面單槽與吸力面雙槽抽吸方案進(jìn)行對比,結(jié)果表明雙槽抽吸具有更好的流動分離控制效果。后續(xù)工作選擇雙槽抽吸結(jié)構(gòu)進(jìn)行變工況條件下的附面層抽吸研究。研究結(jié)果表明,雙槽抽吸方案能夠在該跨音速壓氣機(jī)級的整個工作范圍內(nèi)都很好的控制超音速靜葉柵內(nèi)的分離流動,能夠有效改善壓氣機(jī)的氣動性能。同時,通過觀察相應(yīng)抽吸量的變化,發(fā)現(xiàn)抽吸量達(dá)到一定的數(shù)值后就能得到較理想分離流動控制效果。通過兩種類型的低反動度壓氣機(jī)靜葉中的附面層抽吸研究工作,可以發(fā)現(xiàn)無論是在亞音速靜葉還是超音速靜葉中,附面層抽吸都能夠很好的控制靜葉柵內(nèi)的分離流動,能夠減小損失,提高壓氣機(jī)的氣動性能。
【關(guān)鍵詞】：低反動度壓氣機(jī) 附面層抽吸 流動分離 氣動性能
【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】：2015
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題來源11
• 1.2 研究背景與目的意義11-12
• 1.3 高負(fù)荷低反動度吸附式壓氣機(jī)介紹12-14
• 1.4 附面層抽吸國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文主要內(nèi)容18-19
• 第2章 數(shù)值計算與計算方法驗證19-26
• 2.1 引言19-20
• 2.2 數(shù)值計算相關(guān)介紹20-22
• 2.2.1 UG建模過程介紹20
• 2.2.2 ICEM網(wǎng)格劃分過程介紹20-21
• 2.2.3 CFX數(shù)值計算過程介紹21-22
• 2.3 數(shù)值計算方法驗證22-24
• 2.4 數(shù)據(jù)處理24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 附面層抽吸對某低速壓氣機(jī)性能影響26-38
• 3.1 引言26-27
• 3.2 數(shù)值模型與計算方法27-31
• 3.2.1 數(shù)值模型27-29
• 3.2.2 數(shù)值計算模型網(wǎng)格劃分29-30
• 3.2.3 數(shù)值計算方案30-31
• 3.2.4 數(shù)值計算方法31
• 3.3 計算結(jié)果討論與分析31-36
• 3.3.1 級出口截面節(jié)距平均參數(shù)沿葉高分布分析31-33
• 3.3.2 壓氣機(jī)總特性參數(shù)對比分析33-34
• 3.3.3 靜葉流道內(nèi)三維流動分析34
• 3.3.4 不同位置抽吸孔的抽吸量對比分析34-35
• 3.3.5 葉片空腔內(nèi)三維流動分析35-36
• 3.4 數(shù)值計算結(jié)論36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 第4章 附面層抽吸對某低速壓氣機(jī)變工況性能影響38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 數(shù)值模型與計算方法38-42
• 4.2.1 數(shù)值模型38-39
• 4.2.2 數(shù)值計算模型網(wǎng)格劃分39-40
• 4.2.3 數(shù)值計算方案40-42
• 4.2.4 數(shù)值計算方法42
• 4.3 計算結(jié)果討論與分析42-48
• 4.3.1 不同抽吸方式壓氣機(jī)特性線對比分析42-43
• 4.3.2 折轉(zhuǎn)點(diǎn)前后工況抽吸葉片抽吸孔處三維流動分析43-45
• 4.3.3 特性線折轉(zhuǎn)點(diǎn)后工況上端壁區(qū)域三維流動分析45
• 4.3.4 特性線折轉(zhuǎn)點(diǎn)前、后工況點(diǎn)的抽吸量對比分析45-46
• 4.3.5 下端壁及吸力面靜壓云圖分析46-48
• 4.4 數(shù)值計算結(jié)論48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第5章 附面層抽吸對某高速壓氣機(jī)級性能影響50-64
• 5.1 引言50
• 5.2 數(shù)值模型與計算方法50-54
• 5.2.1 數(shù)值模型50-52
• 5.2.2 數(shù)值計算模型網(wǎng)格劃分52-53
• 5.2.3 數(shù)值計算方案53
• 5.2.4 數(shù)值計算方法53-54
• 5.3 設(shè)計工況下吸力面單、雙抽吸槽數(shù)值計算結(jié)果對比54-58
• 5.3.1 不同葉高處馬赫數(shù)云圖分析54
• 5.3.2 靜葉吸力面壁面極限流線分析54-56
• 5.3.3 靜葉流道內(nèi)三維流動分析56-58
• 5.3.4 靜葉吸力面靜壓云圖分析58
• 5.3.5 數(shù)值計算結(jié)論58
• 5.4 雙槽抽吸對壓氣機(jī)級變工況性能影響58-63
• 5.4.1 單級壓氣機(jī)特性線分析58-59
• 5.4.2 靜葉吸力面壁面極限流線分析59-60
• 5.4.3 靜葉流道內(nèi)三維流動分析60-61
• 5.4.4 吸力面靜壓云圖分析61-62
• 5.4.5 數(shù)值計算結(jié)論62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果69-71
• 致謝71-72
• 個人簡歷72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王松濤;潛紀(jì)儒;馮國泰;王仲奇;;壁面吸氣抑制分離減少流動損失的研究[J];工程熱物理學(xué)報;2006年01期

2 羌曉青;王松濤;林偉春;王仲奇;;多級低反動度高負(fù)荷軸流壓氣機(jī)及其內(nèi)部流動機(jī)理研究[J];工程熱物理學(xué)報;2009年02期

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本文編號：809438