1.5级轴流跨音压气机气动特性的实验和数值计算研究

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1、1.5级轴流跨音压气机气动特性的实验和数值计算研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：热能工程系工程领域：动力工程申请人：郭静文指导教师：顾春伟教授联合指导教师：张磊高工二○一五年四月Experimentalannumericalresearchontheaerodynamiccharacteristicofa1.5stageaxialtransoniccompressorThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegr

2、eeofMasterofPowerEngineeringbyGuoJingwen(PowerEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorGuChunweiAssociateSupervisor:EngineerZhangLeiApril,2015摘要摘要现代轴流压气机正向着高负荷、高压比、宽稳定工作范围的方向发展，而超、跨音压气机的压比高，流动复杂，叶栅中存在激波以及其与边界层、通道涡干涉等现象，因而对轴流跨音压气机的研究显得十分重要本文以某F级燃机首级模化的1.5级跨音压气机作为研究对象，通过实验和数值计算两个方面展开研究。实验方面

3、，完善了实验台测量系统，整个测量系统包括三个子系统：压气机总体性能的测量系统；压气机失速和喘振的检测系统；压气机机匣静压的测量系统，这部分又包含压气机沿轴向机匣静压分布，以及动叶顶部静压分布两个部分。数值计算方面，对该压气机进行建模，并进行定常数值计算和非定常数值计算，对该压气机性能及流动状况进行了详细的分析。实验研究表明：实验台测量系统良好，能够获得压气机完整地性能曲线；测得在10000rpm转速下，失速团沿周向传播速度大约为压气机转速的0.67倍；通过对压气机沿轴向静压的分布测量发现，空气经过进口导叶加速，而主要的增压过程是在压气机级中完成的；本文发现采用BP神

4、经网格方法能够相对较好的复现动叶机匣静压流场分布情况，动叶顶部泄漏流会随着压气机转速的增大和流量的减小，强度会不断变大；利用快速傅立叶变换将动叶顶部非定常压力场时域图转换成频谱图，分析主频幅值发现，机匣静压的波动主要出现在动叶前半部分，而且这种波动随着转速增大以及流量减小而增大；数值计算表明：通过对比实验数据发现，所使用的数值计算方法能够很好地获得压气机的性能曲线。本文分析了压气机三个典型工况即近堵塞点、近设计点、近失速工况下的流动特征，研究了压气机不同叶片通道的激波和流动分离现象。分析了压气机气动参数在叶高方向的分布与流动状况的对应情况。动叶顶部间隙区域的泄漏流动

5、包括始于动叶吸力面前缘的泄漏涡，以及会撞击相邻动叶片位于动叶中部的泄漏流，和位于动叶尾部的泄漏流，发现动叶顶部泄漏涡的强度随着压气机流量的减小以及动叶顶部间隙的变大而增大。非定常计算发现了动叶顶部泄漏流沿动叶旋转方向相反的方向（相对动叶坐标），以2倍的动叶叶栅通过速度向相邻的动叶传播。关键词：1.5级轴流压气机；实验台；数值计算；泄漏流IAbstractAbstractModernaxialcompressorisdevelopingtohighload,highpressureratio,andwideoperatingrangedirection.Inthesu

6、personicandtransoniccompressor,thepressureratioisveryhigh,theflowinthecompressoriscomplex,andthereisphenomenonofinteractionbetweenshockwavesandboundarylayer,passagevortexinthebladepassage.Sotheresearchonaxialtransoniccompressorisveryimportant.Thispaperstudiestheoneandahalfstagetransoni

7、ccompressormodellingtheFclassgasturbinefirststage,experimentalandnumericalapproachesaretheimportantmethods.Intheaspectofexperimentalstudy,measurementschemesincludethreesubsystems,measuringsystemoftheperformanceofcompressor,stallandsurgedetectionsystem,staticpressuremeasuringsystem,in