轴流叶轮机械静叶时序效应研究

论文摘要

由于叶轮的旋转,叶轮机内部流动是非定常的。在设计和计算中,我们就需要考虑非定常的特性。时序效应,作为一种利用非定常特性以提高叶轮机械气动性能的方法,受到研究者关注。所谓叶轮机械时序效应,即指改变前后级同名叶片周向相对位置,会对整个机械性能产生影响。本文采用CFD方法来研究时序效应的产生机理,提出相关公式对轴流叶轮机械前后级进行时序定位。论文采用Numeca软件对NASA实验用1.5级(静/转/静)轴流压气机进行了二维以及三维非定常数值模拟,同时引入汉诺威大学的1.5级实验透平二维计算以及对应的全通道环列计算作为比较,根据计算的结果,分析出时序效应产生的机理主要在于两方面:一.动叶的非定常气动力受到前排静叶尾迹扰动以及后排叶栅中周期性变化的压力场所产生的势扰动的同时影响,时序位置的改变,会使两种扰动产生有利或不利的迭加,从而减小或增大了动叶表面的非定常气动力。二.第一级静叶尾迹在最佳时序位置时,与第二级静叶附面层发生了有利的干扰,从而减小了流动损失,使得效率有所提高。在机理研究的基础上,针对该1.5级轴流透平及压缩机算例,我们对时序定位的方法在二维以及三维上均进行了探讨,以期达到最佳效率及气动性能。二维定位上,提出了简化的公式,并利用数值模拟的结果进行了验证,结果表明,该时序定位方法具有一定的参考价值。三维时序定位本文尝试改变第二级静叶前缘线的形状,以期达到最大化时序效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 时序效应研究现状
• 1.3 本文工作
• 第二章 轴流叶轮机械非定常数值模拟分析
• 2.1 叶栅的数值模拟计算设置
• 2.2 轴流压气机非定常计算结果分析
• 2.3 透平单通道与全通道工况计算对比
• 2.4 本章小结
• 第三章 轴流叶轮机械静叶时序效应机理的探讨
• 3.1 叶排间干扰的理论基础
• 3.2 时序效应计算方法设置与机理的探讨
• 3.3 本章小结
• 第四章 轴流叶轮机械静叶时序定位准则的探讨
• 4.1 二维环列叶栅时序定位准则的探讨
• 4.2 三维压气机前后级静叶时序定位准则的探讨
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 符号与标记（附录1）
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文