離心壓氣機失速及導風輪機匣處理擴穩(wěn)研究.pdf

1、機匣處理是一類經(jīng)濟高效的擴穩(wěn)手段，雖然其應用已經(jīng)有幾十年的歷史，但由于機匣處理內(nèi)部與壓氣機之間耦合流動的復雜性，直到今天人們對其擴穩(wěn)機理的認識尚不夠徹底和完善。隨著負荷的不斷提高，機匣處理在離心壓氣機上的應用越來越普遍。開展離心壓氣機失速內(nèi)流特征和機匣處理的擴穩(wěn)機理研究，有助于改變當前機匣處理設計過程中以經(jīng)驗占主導和以反復試驗為代價的狀況，也有利于滿足對未來高性能航空發(fā)動機穩(wěn)定裕度提升的迫切需求。本文采用數(shù)值模擬和試驗相結(jié)合的手段，針對

2、離心壓氣機開展了自循環(huán)機匣處理和導風輪端壁引氣兩種機匣處理型式的研究，主要包括如下幾方面工作：
　　1）開展了單級離心壓氣機在不同轉(zhuǎn)速條件下流動失穩(wěn)的內(nèi)流特征研究。從部件間的匹配關(guān)系和葉輪內(nèi)部導風輪和工作輪的壓比－流量特性，找到了不同轉(zhuǎn)速下的失穩(wěn)觸發(fā)部位，得到了三種失速模式，分析了失穩(wěn)部位隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。對葉尖間隙中一類重要的觸發(fā)壓氣機失穩(wěn)的二次流動——葉尖泄漏流的流動結(jié)構(gòu)和泄漏流對壓氣機失穩(wěn)的觸發(fā)機制進行了探索。
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3、）按照經(jīng)驗和一般性認識設計了一種帶外部環(huán)腔的雙向開槽自循環(huán)機匣處理，研究了抽吸槽與導風輪的軸向搭接長度、開槽角度、開槽數(shù)量和開槽寬度以及環(huán)腔容積等的參數(shù)選取方法。通過實壁機匣與處理機匣的對比試驗，驗證了機匣處理的擴穩(wěn)效果，并從試驗結(jié)果中所體現(xiàn)出的轉(zhuǎn)速差異性，用以指導數(shù)值模擬的狀態(tài)點，減少計算的盲目性。
　　3）對帶自循環(huán)機匣處理的離心壓氣機建立了流動結(jié)構(gòu)模型，通過模型分析了機匣處理對葉輪輪緣功的影響，以及回流二次注入預旋角的選取規(guī)

4、律，并預測了機匣處理的回流流量與擴穩(wěn)效果之間的定量關(guān)系。
　　4）運用非線性諧波方法對帶機匣處理整級壓氣機的非定常流動開展了數(shù)值模擬，研究了機匣處理內(nèi)部非定常流動特性和機匣處理與葉輪之間的轉(zhuǎn)/靜干涉效應。這些研究為進一步簡化計算量，采用轉(zhuǎn)子凍結(jié)法進行定常數(shù)值模擬提供了合理性依據(jù)。
　　5）對帶機匣處理的離心壓氣機開展了相對折合轉(zhuǎn)速(-n)c=0.5、0.8和1.0三條等轉(zhuǎn)速線的定常數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬結(jié)果的分析中，研究了自循