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缝隙式扩压叶栅流动机理研究
作 者: 刘杰
导 师: 王松涛
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 动力机械及工程
关键词: 扩压叶栅 流动分离 缝隙叶栅 流动控制 拓扑分析
分类号: TK474.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要
对压气机叶栅中各种旋涡进行控制或利用,是改善压气机叶栅性能的一个重要途径。由于在扩压叶栅中普遍存在流动分离现象,因此从流动分离的机理出发,对这种分离流动加以研究和控制,对于提高扩压叶栅的负荷、增加稳定工作范围以及减小损失都有着重要作用。本文主要研究附面层吹气在压气机叶栅中的应用。论文中首先根据附面层吹气的需要,选取相应的叶片型面静压分布曲线,对初始叶型进行设计与优化,并基于所设计优化的原始叶型进行进一步的缝隙叶型设计。同时,从扩压叶栅二维流动特点出发,研究了叶片开槽形状对叶栅性能的影响,初步归纳了缝隙叶栅的设计原则。其次,选择具有68o折转角的矩形叶栅,采用数值模拟的方法,从壁面流谱出发,考察了叶片表面设置压力面到吸力面的吹气槽后叶栅内流动的变化,相应地分析了叶栅流道内的拓扑结构的变化,揭示了附面层吹吸气改变流场结构、增加扩压叶栅稳定工作范围、提高叶栅气动性能的机理。在此基础上,对矩形缝隙叶栅进行了变冲角计算,通过分析可看到在较大正冲角下,原型叶栅附面层分离急聚恶化,出现非对称旋涡结构,而采用吹气槽的缝隙叶栅则可以很好的抑制分离强度,保持对称旋涡结构,因此缝隙叶栅可以改善高负荷扩压叶栅的稳定工作范围,抑制壁面流动分离,降低损失。通过对矩形缝隙叶栅的流动研究,本文对缝隙叶栅在压气机级的静叶中的应用进行了初步的探讨。以矩形缝隙叶栅的研究为基础,在环形静叶栅中建立了两种形式的缝隙结构:缝隙射流竖槽以及缝隙射流横槽。从这两种开槽形式不同计算方案的对比分析中可以看出,环形缝隙静叶栅大大减小了叶片吸力面的强烈的三维分离流动,气流折转能力及叶片负荷均有所提高、提高了叶片的气动性能。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-9 第1章 绪论 9-20 1.1 轴流压气机的发展 9-10 1.2 压气机内分离流动的研究 10-12 1.3 分离流动的控制方法 12-15 1.3.1 分离流动的控制技术 12-13 1.3.2 附面层隔离法 13 1.3.3 旋涡控制附面层法 13 1.3.4 叶片的修型技术 13-14 1.3.5 控制分离的声控技术 14-15 1.3.6 非定常涡流的利用和控制 15 1.4 附面层吹、吸技术 15-18 1.4.1 附面层抽吸技术 15-16 1.4.2 附面层吹气技术 16 1.4.3 国内外研究现状 16-18 1.5 论文工作的目的与主要内容 18-20 第2章 叶栅内的分离流动与数值方法 20-29 2.1 分离流动的描述及判定 20-24 2.1.1 二维分离的描述 20-21 2.1.2 三维分离的描述 21-24 2.2 数值方法 24-28 2.2.1 计算方法 24-25 2.2.2 湍流模型 25-27 2.2.3 网格生成技术 27-28 2.3 流场参数及损失评定计算方法 28 2.4 本章小结 28-29 第3章 缝隙式扩压叶栅二维流动分析 29-45 3.1 原始叶型设计选取 29-31 3.1.1 叶型参数化 29-30 3.1.2 原始叶型几何参数 30-31 3.2 具有缝隙的静叶叶型设计方案 31-35 3.2.1 叶片型面静压分析 31-33 3.2.2 CDA缝隙叶型设计方案 33-34 3.2.3 Naca65 缝隙叶型设计方案 34-35 3.3 数值方法 35-36 3.4 二维叶栅流场结果分析 36-43 3.4.1 原始叶型计算结果 36-37 3.4.2 缝隙叶型计算结果 37-43 3.5 缝隙叶栅设计原则的探讨 43-44 3.6 本章小结 44-45 第4章 矩形缝隙叶栅流动研究 45-70 4.1 矩形叶栅原型流场分析 45-47 4.1.1 马蹄涡 45-46 4.1.2 拓扑分析 46-47 4.1.3 吸力面分离涡 47 4.2 矩形缝隙叶栅计算方案 47-49 4.3 设计点下缝隙叶栅流动分析 49-55 4.3.1 吸力面极限流线及拓扑结构分析 49-51 4.3.2 叶片表面静压及近吸力面马赫数分布 51-53 4.3.3 能量损失与总压损失系数 53-55 4.4 变冲角下缝隙叶栅流动分析 55-69 4.4.1 吸力面极限流线分析 55-62 4.4.2 性能参数分析 62-64 4.4.3 正冲角下总压损失沿叶高分布 64-67 4.4.4 大冲角下叶片负荷分析 67-69 4.5 本章小结 69-70 第5章 缝隙式扩压叶栅在压气机级中的应用研究 70-81 5.1 静叶缝隙叶栅计算方案 70-71 5.1.1 计算网格与数值方法 70-71 5.2 壁面极限流线及S1 面流线 71-75 5.2.1 吸力面极限流线及拓扑分析 71-73 5.2.2 10%叶高处S1 面流线 73-75 5.3 损失分析 75-77 5.4 叶片负荷分析 77-79 5.5 气流折转能力及扩压因子 79-80 5.6 本章小结 80-81 结论 81-83 参考文献 83-89 攻读学位期间发表的学术论文 89-91 致谢 91
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 燃气轮机(燃气透平) > 构造 > 压气机部分
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