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非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响的数值研究

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大连海事大学学报 2018年第2期44卷 67-73页

作者：赵梓岑付云鹏孙鹏傅文广钟兢军大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

为探索非轴对称静叶在压气机中应用的可行性及其对畸变流场的改善作用,采用非定常数值模拟方法,研究非轴对称静叶对均匀和畸变进口条件下压气机性能的影响,并对流场结构进行分析.结果表明:非轴对称静叶可以改善静叶端区流动,降低损失;... 详细信息

为探索非轴对称静叶在压气机中应用的可行性及其对畸变流场的改善作用,采用非定常数值模拟方法,研究非轴对称静叶对均匀和畸变进口条件下压气机性能的影响,并对流场结构进行分析.结果表明:非轴对称静叶可以改善静叶端区流动,降低损失;畸变条件下,非轴对称压气机最高效率和压比高于轴对称压气机;非轴对称压气机稳定裕度较原型压气机有所提升.

关键词：非轴对称静叶畸变压气机流场数值研究

非轴对称静叶对畸变条件下扇形叶栅流场影响研究

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非轴对称静叶对畸变条件下扇形叶栅流场影响研究

作者：王欢大连海事大学

学位级别：硕士

大力发展燃气轮机技术是提高综合国力、提升国际竞争力的重要手段。未来发动机越来越高的性能指标对压气机的失速裕度提出了更高的要求,设计者在设计阶段就应该考虑兼顾压气机的性能和抗畸变能力。进气总压畸变会使静叶角区出现分离甚... 详细信息

大力发展燃气轮机技术是提高综合国力、提升国际竞争力的重要手段。未来发动机越来越高的性能指标对压气机的失速裕度提出了更高的要求,设计者在设计阶段就应该考虑兼顾压气机的性能和抗畸变能力。进气总压畸变会使静叶角区出现分离甚至产生角区失速,而静叶角区失速会造成压气机整级性能和稳定裕度降低的影响。因此,通过非轴对称静叶造型技术,对静叶角区分离进行控制,以提高压气机抗分离抗角区失速能力,改善压气机动叶流动情况,使压气机级的性能和稳定性在一定程度上提高,具有理论意义和工程价值。本文对扇形叶栅试验件的周期性的改善进行研究。数值结果表明:将扇形叶栅右侧导流板向内收缩和在其左侧导流板处改变抽吸背压,能有效提高扇形叶栅试验件导叶出口和静叶出口气流参数的周期性,其中最佳改型方案将可测流道由5个增加到7个,满足扇形叶栅风洞实验对试验件周期性的要求。将最佳改型方案的前排7号导叶安装角顺时针旋转6°,造成下游静叶进口流场的不均匀。对受不均匀流场影响的静叶采用弯叶片造型的非轴对称处理,静叶改型方案为弯高为0.3倍叶高时,弯角分别为10°、20°、30°;弯高为0.5倍叶高时,弯角分别为10°、20°、30°。依靠数值方法研究其对畸变流场的改善情况,结果表明:改变前排个别导叶安装角的方法可以模拟畸变条件下的静叶进口流场。非轴对称静叶可以有效抑制角区分离,使受畸变流体影响的静叶流道出口的脱落涡的范围及其强度明显减小,进而降低静叶流道内的总损失。其中,B6方案改型效果最好,其平均总压损失系数相较于导叶转角方案减小了 7.47%。

关键词：扇形叶栅进口畸变非轴对称静叶数值研究

用于畸变条件下非轴对称静叶研究的扇形叶栅气动设计

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用于畸变条件下非轴对称静叶研究的扇形叶栅气动设计

作者：滕礼志大连海事大学

学位级别：硕士

高性能航空发动机和燃气轮机对压缩系统提出了高负荷、高效率、高稳定裕度的急切需求。实际应用中,压气机几乎无一例外都工作在畸变进气条件下。稳态总压畸变经动叶后衰减,在静叶前主要表现为气流角畸变,使受畸变流体影响的静叶区域存... 详细信息

高性能航空发动机和燃气轮机对压缩系统提出了高负荷、高效率、高稳定裕度的急切需求。实际应用中,压气机几乎无一例外都工作在畸变进气条件下。稳态总压畸变经动叶后衰减,在静叶前主要表现为气流角畸变,使受畸变流体影响的静叶区域存在大范围的角区分离/失速,使压气机性能和稳定性下降。但是级实验难度大、成本高,且静叶流道内数据不易测量。因此设计带可调导叶的扇形叶栅实验件,保证静叶进气条件与其在级中一致,又计入畸变条件的影响,同时还要保证足够的可测流道数量具有重要研究意义。本文首先以级内动叶出口气动参数为目标设计了扇形叶栅进口可调导叶,通过三个方案的逐步优化,对比设计目标曲线,得到最终的设计叶型,并运用数值模拟方法对所设计的叶型进行气动分析。其次通过扇形叶栅两侧导流挡板结构形式的改型处理来改善实验件的周期性,数值结果表明:本文提出的挡板截断模型能够较好的改善扇形叶栅实验件的周期性,其中最佳改型模型将可测流道从3个增加到7个,满足扇形叶栅风洞实验对实验件周期性的要求。最后,本文通过调整前排个别导叶安装角来实现不均匀的静叶进口流场,又通过弯掠造型设计非轴对称静叶,并以数值手段研究其对畸变流场的改善情况。数值结果表明:可以采用本文提出的改变个别导叶安装角的方式模拟畸变条件下的静叶进口流场,从而实现畸变对静叶流场影响研究;非轴对称静叶可以在一定程度上减小受畸变流体影响的静叶流道内的损失,有效抑制角区分离,从而降低静叶损失。

关键词：扇形叶栅气动设计畸变进口非轴对称静叶数值研究

畸变条件下非轴对称静叶对压气机性能影响的研究

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畸变条件下非轴对称静叶对压气机性能影响的研究

作者：赵梓岑大连海事大学

学位级别：硕士

作为现代航空发动机的核心部件,压气机的稳定性和负载能力对发动机的工作效率和气动性能具有重要影响。然而实际应用中,现阶段叶轮机械不可避免地要工作在非均匀进口条件下,其中进气总压畸变尤为常见。总压畸变在经动叶衰减后,使得畸变... 详细信息

作为现代航空发动机的核心部件,压气机的稳定性和负载能力对发动机的工作效率和气动性能具有重要影响。然而实际应用中,现阶段叶轮机械不可避免地要工作在非均匀进口条件下,其中进气总压畸变尤为常见。总压畸变在经动叶衰减后,使得畸变影响区静叶入口气流角不均,在静叶角区产生严重分离,使得压气机气动稳定性下降。学者对压气机畸变入口问题进行了大量的研究,提出了使用压气机非轴对称结构造型、弯掠叶片等方法来降低静叶的角区损失,但是目前提出的非轴对称造型设计主要是针对端壁进行,弯掠叶片的运用大多用于整级叶片。因此提出了非轴对称静叶观念,即对压气机静叶进行部分叶片改型,对提高畸变条件下压气机性能提出了新的思路。本文首先对压气机内受畸变影响较大、角区分离严重的静叶进行改型,得到新型的非轴对称压气机,分别对均匀入口和畸变入口条件下的两型压气机进行数值计算,研究非轴对称静叶对压气机性能的影响。数值表明:非轴对称压气机在均匀入口条件下性能较差,在畸变入口条件下相对原型性能有所提高,说明非轴对称静叶的提出运用对改善畸变条件下压气机性能具有积极的作用。在非轴对称压气机基础上,本文通过改变改型静叶的数目,探究非轴对称范围对压气机性能的影响,期望得到更为完善的非轴对称静叶设计方法。通过数值计算发现:降低非轴对称范围后压气机性能有所降低,而增加改型静叶数后压气机性能有较明显提升,说明在一定范围内,提升非轴对称范围对提高压气机性能有着积极的作用。

关键词：压气机畸变气动设计非轴对称静叶数值研究

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非轴对称弯掠静叶对畸变流场影响的数值研究

大连海事大学学报 2020年第1期46卷 114-123页

作者：时洪奇孙鹏陈天佑丁小娟黄龙盛大连海事大学船舶与海洋工程学院辽宁大连116026 大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、... 详细信息

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、反弯、前掠、后掠静叶,构成不同非轴对称静叶造型方案,探究其对静叶流场的改善.结果表明:最佳反弯方案Nbow-0.5-10可使流场损失减小2.75%;前掠对于根部损失可起到较好的抑制作用;后掠对根部损失改善效果略逊于前掠,但有利于减小主流区的损失.

关键词：扇形叶栅非轴对称静叶弯叶片掠叶片进口畸变

畸变条件下非轴对称结构在扇形叶栅中的应用研究

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畸变条件下非轴对称结构在扇形叶栅中的应用研究

作者：黄龙盛大连海事大学

学位级别：硕士

先进燃气轮机技术的发展是国家对未来发展规划的重要部分,也是提升综合国力与国际竞争力的重要手段,如何使燃气轮机在各种工作环境下平稳安全且高效地工作,是发展先进燃气轮机技术所需要重视的问题。近年来,发动机进口不均匀对发动机造... 详细信息

先进燃气轮机技术的发展是国家对未来发展规划的重要部分,也是提升综合国力与国际竞争力的重要手段,如何使燃气轮机在各种工作环境下平稳安全且高效地工作,是发展先进燃气轮机技术所需要重视的问题。近年来,发动机进口不均匀对发动机造成的流动恶化日益受到关注。进口总压畸变会造成压气机流道中出现角区分离甚至角区失速,进而降低压气机性能与稳定裕度,因而通过非轴对称结构对压气机流道内的流动进行改善与优化,进而提高压气机级的性能与稳定性,具有较高的理论意义与工程价值。本文以课题组所设计的扇形叶栅为研究对象,采用数值模拟的方法,就非轴对称静叶与非轴对称翼刀方案对非均匀进口条件下静叶流场的影响进行研究。首先通过旋转某进口导叶的方式制造静叶进口不均匀条件,在对比分析畸变对静叶流场的影响后,在受进口畸变影响较为严重的位置处设置多种正弯、反弯、前掠、后掠以及各种弯掠结合方案的非轴对称静叶方案,探究非轴对称静叶造型方案对静叶流道的影响作用。再在以上的非轴对称静叶造型方案中,选取效果较好的方案与不同的非轴对称翼刀方案进行组合,研究组合方案对畸变流道中流动的影响作用。研究结果表明,在受畸变影响较为严重的流道处设置反弯方案能够较为明显的减小角区分离,优化流道流动。反弯方案中最佳方案能使流动恶化较为严重的流道损失减小12.93%,整体流场损失减小2.75%。前掠方案对于根部损失能起到较好的减小作用,后掠方案虽然对根部损失改善效果不如前掠明显,但对于流道整体损失减小效果较佳。叶片弯造型与掠造型结合后,大多数反弯结合掠的方案都能使叶片根部位置流动得到一定的优化,组合造型能较好的继承和弯与掠的效果,且合适的组合方案在大部分叶高处都能起到减小损失的作用。弯掠结合方案中最佳方案能使流动恶化较为严重的流道损失减小14.61%,整体流道损失减小3.24%。在较好的非轴对称静叶方案基础上,加入合适的非轴对称翼刀方案后,可以阻断端壁处的横向二次流,使根部气流更好地沿着流道进行折转,但却使流动损失略有增加。

关键词：进口畸变扇形叶栅非轴对称静叶非轴对称翼刀数值模拟