基于改进流线曲率法的环形扩压器数值分析

《基于改进流线曲率法的环形扩压器数值分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第42卷第4期2012年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．4Jul．2012基于改进流线曲率法的环形扩压器数值分析徐倩楠，吴虎(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：环形扩压器是高涵道比发动机中使用的过渡流道的基本形式。使用高性能的过渡流道是降低低压涡轮级的负荷系数，提高涡轮效率的重要手段之一。发展了环形扩压器性能预测的方法，基于改进的流线曲率法对环形扩压器进行数值模拟，重点分析了影响性能计算的诸多因素。同时，模拟计算四种不同旋流角时扩压器的性能，给出了扩压器的速度和压力分布，揭示了不同旋流角对扩压器性能的影响，给出

2、了最佳旋流角的数值。比较和分析了数值结果和实验结果之间的区别，分析了粘性和掺混对扩压器的影响。通过对两组数据的对比，解释了掺混作用对性能计算的影响，论证了算法的可行性。关键词：环形扩压器；过渡流道；旋流角；流线曲率法；数值模拟中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)04-0028—04NumericalAnalysisofAnnularDiffusersforTurbomachineryxuQian—nan．wuHu(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi7an710072

3、，China)Abstract：Asthebasicformoftheintermediateductforthehighbypassturbo-fanengine，usinghighper-formanceannularductisoneofthebestmethodstoreducetheloadandimprovestheefficiencyoflow—pressureturbine．Aperformancepredictionsystemisestablishedbasedontherenewedstreamlinecurva-turemethod．Thefactorsinvolvin

4、ginthismethodarespecificallyexplained．Inaddition，anactualdiffuserwithdifferentswidanglesisanalyzedbythismethod．Thevelocityandpressureprofilesayefiguredout．Thenumericalresultsconfirmtheexperimentalresults，whichalsodemonstratethefeasibilityofthealgo·rithm．Keywords：annulardiffusers；intermediateduct；swi

5、rlangle；streamlinecurvaturemethod；numericalsire一1ula“on引言无叶扩压器的作用是通过逐渐增大流道截面面积使亚声速气流的速度降低，同时压力升高⋯。除了燃气轮机核心部件(压气机，涡轮，燃烧室)之外，环形管道也是燃气轮机的重要部件，普遍应用于发动机进气道、压气机和涡轮之间的过渡流道。近些年来，许多国内外学者都在这个领域有大量的基础研究，成果也相当显著。对于燃气轮机，特别是航空发动机，无论“综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)”计划，还是美国“NASA的超高效率发动机技术(UEET)”计划悼1，都将提高发动机效率作为研究的主要目标。实现这种目标的

6、重要手段就是提高压气机或涡轮级间过渡流道的性能，即在缩短过渡流道轴向长度的前提下，提高总压恢复系数，降低损失系数。同时，环形扩压器一般连接压气机、涡轮或燃烧室等部件，其进口条件十分复杂。进口条件的一般特点是：高温、高旋流、高马赫数、高湍流度、强二次流效应流动等。综上可知，分析带有旋流角的环形扩压器是一项非常重要的研究内容。流线曲率法(StreamlineCurvatureMethod)是一种二维数值计算方法，主要依据1952年吴仲华等提出的S1、S2流面互相迭代的理论，Novak在60年代提出并推导了流线曲率法。流线曲率法主要基于S2流面的二维(准三维)流场分析”。J，可以用于叶轮机械正、反两

7、类问题的计算。s2流面上气动计算按照是否能够计算叶片排以内的区域，分为两种：一种是只在叶片排的轴向间隙之间设立计算站，而对叶片排区域则不予计算，该方法称为管流(duct)计算；另一种方法是不仅收稿日期：2012—05—08基金项目：国家自然基金项目资助(51076131)作者简介：徐倩楠(1988一)，男，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要研究方向为航空发动机叶轮机械气体动力学。2012年7月===t=