进气畸变对压气机性能和稳定性影响的数值计算研究

论文摘要

风扇/压气机是高性能燃气涡轮发动机的关键部件之一,其气动稳定性直接决定了发动机的稳定性。本文发展了一种评价进气畸变对风扇/压气机稳定性和性能影响的数值计算方法,提供了一个可以在风扇/压气机设计过程中进行稳定性分析的工具。基于带源项的二维非定常欧拉方程,发展了一种用于分析大尺度周向进气畸变对风扇/压气机稳定性影响的非定常计算模型和计算方法,通过给定均匀进气条件下的压气机级或级组特性,进行非定常过程中叶片力计算。通过求解二维非定常欧拉方程,并通过压气机中出现负的轴向速度判断压气机失稳,获得进气畸变对风扇/压气机性能和稳定性的影响。利用该模型初步研究了左支特性点和掺混系数在风扇稳定性分析中的作用。最终完成了进气畸变条件下某三级高性能风扇的稳定性分析工作,分析结果与试验符合较好,表明该计算模型简单可靠、有较广泛的工程应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 稳定性评定技术
• 1.2.1 实验研究
• 1.2.2 理论研究与数值模拟
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 压气机中的不稳定流态的认识
• 1.3.2 进气畸变的类型
• 1.3.3 进气畸变的影响
• 1.3.4 进气畸变理论模型
• 1.3.5 失稳判断
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 计算模型与数值计算方法
• 2.1 研究对象和计算模型
• 2.1.1 研究对象
• 2.1.2 基本假设
• 2.1.3 计算模型
• 2.2 控制方程及计算方法
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 计算方法
• 2.2.3 网格系统
• 2.2.4 空间项离散
• 2.3 初边值计算
• 2.3.1 初始条件
• 2.3.2 进口边界条件
• 2.3.3 出口边界条件
• 2.4 失稳准则
• 2.5 计算单元类型
• 2.5.1 无损失单元
• 2.5.2 压气机单元
• 2.5.3 损失单元
• 2.5.4 导向叶片单元
• 2.5.5 节气门单元
• 2.5.6 引气单元
• 第三章 算例分析
• 3.1 分析方法
• 3.1.1 周向平均方法
• 3.1.2 畸变指数计算
• 3.1.3 稳定裕度计算
• 3.1.4 压力畸变敏感系数计算
• 3.2 算例分析
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 掺混系数作用
• 3.2.3 参数影响分析
• 3.2.4 风扇稳定性分析
• 第四章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文