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低雷诺数条件下风扇流场流动的数值研究

作 者: 李友淮
导 师: 周逊
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 动力机械及工程
关键词: 风扇 低雷诺数 数值模拟 弯叶片
分类号: V235.13
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


现代飞机的战术技术性能不断提高,对发动机提出了更高的要求。风扇/压气机作为涡轮发动机的主要部件之一,由于其技术含量高,设计难度大,常成为阻碍研制成功的关键部件。将现有的风扇/压气机应用到高空、低雷诺数条件下,会对风扇/压气机产生什么样的不利影响,以及如何通过采用先进的叶片技术,消除负面影响,提高风扇的气动性能,是我们需要研究的内容。本文首先对高空低雷诺数条件下以及地面状态下风扇内部的流动和气动性能进行了分析,研究了雷诺数的降低对风扇性能的影响,给出了在低雷诺数条件下风扇的流动特点。雷诺数降低到临界雷诺数以下时,随着雷诺数的降低,风扇总体性能下降,表现为:换算流量减少;效率降低;喘振点压比下降。原因在于在低雷诺数条件下,叶型表面附面层增厚,附面层流态由湍流转变为层流,抗分离能力减弱,导致分离区增大;激波损失增加,以及激波诱导所产生的尾迹损失的增加;端区流动恶化及端区损失增加。在低雷诺数条件下附面层抗分离能力减弱,使得在风扇在变攻角工作时易在前缘附近产生分离气泡,风扇的变工况性能受到影响。目前,弯叶片技术作为控制端壁损失的方法之一,在压气机中得到了广泛的应用。本文对某型风扇进行改型设计,研究叶片弯曲对风扇性能的影响。对直叶栅和弯叶栅的对比分析表明,正弯叶片有增加径向二次流和减少横向二次流的作用,这两种作用均可减少叶栅的端区损失,有助于改变叶片端区的攻角特性。对于本研究所采用的风扇,正弯20度叶片具有最好的综合性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-23
  1.1 引言  8
  1.2 研究的目的和意义  8-11
  1.3 雷诺数对压气机的影响  11-15
  1.4 弯叶片的研究现状  15-20
    1.4.1 弯叶片的定义  15-16
    1.4.2 弯叶片的作用机理  16-17
    1.4.3 弯叶片在压气机中的应用  17-20
  1.5 CFD在叶轮机械中的应用  20-21
  1.6 本论文的主要研究内容  21-23
第2章 数值计算方法  23-32
  2.1 引言  23
  2.2 数值方法  23-27
    2.2.1 网格生成  23-24
    2.2.2 计算方法  24-25
    2.2.3 湍流模型  25-27
  2.3 NUMECA软件简介  27-29
    2.3.1 IGG/AutoGrid  28
    2.3.2 EURANUS  28-29
    2.3.3 CFView  29
  2.4 本文采用的数值方法  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 低雷诺数条件对风扇性能的影响  32-43
  3.1 引言  32
  3.2 风扇总体性能分析  32-34
  3.3 雷诺数降低对风扇性能的影响  34-40
    3.3.1 对叶型损失与激波损失的影响  35-37
    3.3.2 对端区流动和端区损失的影响  37-39
    3.3.3 对型面压力分布的影响  39-40
  3.4 低雷诺数条件下流量变化对流场的影响  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章 叶片弯曲对低雷诺数风扇流动的影响  43-53
  4.1 引言  43-44
  4.2 对叶根区域流动的影响  44-46
  4.3 对叶片中部区域流动的影响  46-48
  4.4 对叶顶区域流动的影响  48-50
  4.5 对叶栅出口流场的影响  50-52
  4.6 本章小结  52-53
结论  53-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  59-61
致谢  61

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机(推进系统) > 空气喷气式发动机 > 燃气涡轮发动机 > 涡轮风扇发动机
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