基于f级燃机压气机跨音级特性数值分析

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1、第55卷第4期汽轮机技术V0l_55No．42013年8月TURBINEIECHNOLOGYAug．2013基于F级燃机压气机的跨音级特性数值分析张成义，冯永志，张宏涛，吕智强(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：以F级重型燃气轮机压气机的跨音级为研究对象，采用三维数值模拟方法计算了不同转速下压气机的性能曲线，并在设计转速下，对其内部流场进行了分析研究。研究结果表明：所使用的计算方法能够很好地计算出跨音级压气机全工况特性，并通过典型工况点的计算，研究了跨音级叶栅内部流动的特点，为跨音级的改进设计工作提供依据。关键词：跨音级叶栅；激波；数值模拟；流动分离分类号：TK

2、474．8文献标识码：A文章编号：1001-5884(2013)04-0265-03NumericalInvestigationoftheTransonicCompressorStageofaClassFGasTurbineZHANGCheng—yi，FENGYong-zhi，ZHANGHong-tao，LVZhi-qiang(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Anumericalstudyiscarriedouttocalculatethecharacteristiccureatdiferentrota

3、tionalspeedofatransoniccompressorstageofaclassFgasturbine，thentheflowfieldinthecompressoratthedesignrotationalspeedisanalyzed．TheresultsshowthattheoverallperformanceWascalculatedaccuratelythroughthecomputingmethodadoptedinthepaper，andinvestigatedthecharacteristicsoftheflowfieldofthetransonicco

4、mpressorunderthespecificoperatingconditionsinordertoimproveaerodynamicdesignofthetransoniccompressorlater．Keywords：transoniccascade；shockwaves；numericalsimulation；flowseparation本文以某F级燃气轮机压气机的跨音级为研究对象，包0前言括进口导叶、跨音级动叶及导叶。主要考查该跨音级的变转速全工况特性，并研究设计转速下近失速点、近设计点、近阻压气机作为燃气轮机的关键组成部分之一，它的性能优塞点内部流场情况，对比分析

5、激波和流动分离的情况。劣直接影响燃气轮机总体特性的好坏。压气机跨音级的设计水平很大程度上影响了压气机的性能，由于跨音压气机内1数值计算方法部流动极其复杂，包含了三维流动、复杂的激波结构、激波和边界层的相互干扰等，必然给跨音级轴流压气机的数值模拟本文数值模拟所使用的程序为NUMECA公司开发的FINE／TURBO流场求解器。叶栅流道空间离散网格使用其带来很大困难，因此，压气机跨音级的研究，对于设计新的压气机或是对现有压气机的技术改进都是非常重要的。近20前处理模块IGG／AutoGrid生成，网格拓扑如图1所示。年来，已经有很多学者采用实验手段或数值计算方法对跨音压气机的内部流场进行

6、了研究，Jen—PingCheng⋯等人研究了某型压气机的跨音级的喘振前状态，分析发现其发生失速前有一沿动叶圆周方向旋转的模式扰动，然后出现一尖锐的扰■动，从而引发失速；V．Gummer2等人在高负荷跨音级压机的导叶设计中应用了全三维叶片设计方法，有效地改进了径图1计算网格向负荷的分布；任晓栋和顾春伟采用数值计算方法对一在网格拓扑为H⋯OOO—H结构化网格，网格分布见建的1．5级跨音压气机进行内部流场研究，为后续的试验台表1，对进出口段增加H型网格以保证计算的稳定性。控制建设提供指导和帮助；Stefan、WangZhuo_4等人采用实验和靠近壁面的网格加密，壁面第一层网格满足Y<3

7、，N—S方数值计算相结合的方法对多级跨音压气机进行了研究；杨其程求解器采用FINE模块，时间推进采用4阶Runge—Kutta国、杜文海、贾海军、赖焕新等人也通过数值模拟的方法发迭代求解，湍流模型采用低雷诺数Spalart—Allmaras～方对跨音压气机内部流场特性、流动损失等问题进行了研究。程模型，动静叶片排交界面采用混合平面模型。收稿日期：2012—12-18基金项目：国家863计划重型燃气轮机重大项目资助(项目编号：2008AA05A302)。作者简介：张成义