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加湿跨音速转子旋转失速特性数值研究

作　者: 王蓬蕙
导　师: 岳国强
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 跨音速转子定常/非定常流动泄漏流进口加湿旋转失速
分类号: TK474.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

压气机的不稳定流动会使工作性能恶化。旋转失速是轴流压气机最常见的不稳定气动现象。在跨音速压气机中，一般认为叶顶泄漏涡与激波的交互以及在近失速点的破碎造成的流动堵塞与失速有很大关系。近年来，诸多学者对失速过程叶顶非定常流动进行了大量数值模拟，寻找失速的触发原因，在此基础上采用各种手段来改善顶部流动，寻找合适的扩稳方法。本文在两相流数值模拟的基础上，针对进口加湿对跨音速转子旋转失速的影响，使用Ansys-CFX平台对跨音速转子NASA Rotor35单通道/多通道进行了三维定常/非定常数值模拟，重点关注了叶顶部位流动的变化，分析了跨音速转子失速的诱发因素，并探讨了进口加湿对跨音速转子失速边界的扩稳效果和对失速形态的影响。主要结论如下：通过定常计算可以发现：1、在近失速工况，叶尖泄漏涡在激波后会发生破碎，产生低速流体，是造成转子失速的重要因素；2、进口加湿对单转子失速边界有作用，但没有使通道的失速形态发生变化；3、通过水滴颗粒直径和喷水量的对比分析研究，在多通道定常计算中直径5μm，喷水量2%的加湿条件对压比提升最明显。通过非定常计算可以发现：1、单通道非定常计算结果表明，近失速工况下，泄漏流存在自激性非定常变化。在失速过程中，泄漏流与吸力面分离流共同作用引起失速；2、多通道非定常中，在突尖形失速完全发展的时刻，可以观察到通道中“前溢后返”的物理流动表现；3、进口加湿后失速压比得到提高，转子叶顶静压监测点非定常波动的幅值和周期都发生了变化。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 背景及意义  10-11
  1.2 压气机失稳与叶顶泄漏流的国内外研究  11-16
  1.3 湿压缩国内外研究进展  16-20
    1.3.1 国外研究状况  16-19
    1.3.2 国内研究现状  19-20
  1.4 本文主要内容  20-21
第2章湿压缩过程的数值模拟方法  21-30
  2.1 引言  21
  2.2 软件介绍  21-22
  2.3 两相流模拟  22-27
    2.3.1 连续相控制方程与湍流模型  23-25
    2.3.2 离散相控制方程  25-27
    2.3.3 两相耦合计算  27
  2.4 控制方程的求解  27-29
    2.4.1 定常计算方法  27
    2.4.2 非定常计算方法  27-28
    2.4.3 边界条件及收敛准则  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章跨音速转子湿压缩定常数值模拟  30-60
  3.1 引言  30
  3.2 计算方案  30-33
    3.2.1 物理模型  30
    3.2.2 计算网格  30-32
    3.2.3 边界条件及收敛判断  32-33
  3.3 单通道进口加湿扩稳的探讨  33-50
    3.3.1 加湿前后总体性能的对比  33-35
    3.3.2 干压缩时叶顶区域流动分析  35-43
    3.3.3 加湿后叶顶区域流动分析  43-50
  3.4 多通道湿压缩数值模拟结果分析  50-59
    3.4.1 不同液滴条件下湿压缩对压气机压比特性的影响  50-51
    3.4.2 变转速下湿压缩的影响  51-52
    3.4.3 多通道加湿后各通道差异性观察  52-59
  3.5 本章小结  59-60
第4章跨音速转子失速点附近非定常流动分析  60-88
  4.1 引言  60
  4.2 非定常计算时间步长的选择  60-61
  4.3 单通道数值模拟结果分析  61-75
    4.3.1 单通道非定常计算的压气机特性  61-62
    4.3.2 叶顶流动的非定常波动性研究  62-72
    4.3.3 加湿后失速点附近叶顶流动分析  72-75
  4.4 多通道数值模拟失速点附近的叶顶区域流动分析  75-83
    4.4.1 近失速点叶顶区域非定常流动的分析  75-78
    4.4.2 失速先兆诱发机制的非定常研究  78-83
  4.5 多通道进口加湿后叶顶区域流动分析  83-87
    4.5.1 加湿后近失速点叶顶区域流动分析  83-85
    4.5.2 加湿后叶顶流动在失速过程中的变化  85-87
  4.6 本章小结  87-88
结论  88-89
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  89-90
参考文献  90-98
致谢  98

加湿跨音速转子旋转失速特性数值研究

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