【摘要】：近年來,隨著全球范圍內(nèi)的能源與動(dòng)力需求以及環(huán)境保護(hù)等要求的變化,燃?xì)廨啓C(jī)得到了電力、動(dòng)力等有關(guān)部門的高度重視,美、歐、日等國先后制定了先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃。高性能燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)壓縮系統(tǒng)提出了高負(fù)荷、高效率、高穩(wěn)定裕度的急切需求。而高負(fù)荷必然使壓氣機(jī)端壁和葉片吸力面的附面層承受更大的逆壓梯度,對(duì)保證其氣動(dòng)穩(wěn)定性帶來很大難度。并且在實(shí)際應(yīng)用中,壓氣機(jī)幾乎無一例外都工作在非均勻進(jìn)氣條件下。進(jìn)氣畸變改變了壓氣機(jī)原有的設(shè)計(jì)工況,破壞了氣流的軸對(duì)稱流動(dòng),輕則造成壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度下降、性能惡化,重則引起壓氣機(jī)失速和喘振,嚴(yán)重影響整機(jī)的正常工作。由此可見,提高壓氣機(jī)穩(wěn)定性和抗畸變能力對(duì)于保證動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的實(shí)際意義。本文以大連海事大學(xué)船用小型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室單級(jí)跨聲速軸流壓氣機(jī)為研究對(duì)象,采用全周三維非定常數(shù)值模擬方法,在數(shù)值結(jié)果得到校核的基礎(chǔ)上,探索了均勻/畸變進(jìn)口條件下壓氣機(jī)失速機(jī)理,并研究了不同非軸對(duì)稱靜葉方案對(duì)畸變條件下壓氣機(jī)流場(chǎng)的影響。首先通過對(duì)比原型壓氣機(jī)級(jí)與單轉(zhuǎn)子的流動(dòng)特性發(fā)現(xiàn)級(jí)失速提前與靜葉內(nèi)流動(dòng)存在密切關(guān)聯(lián),壓氣機(jī)級(jí)與單轉(zhuǎn)子的失速先兆均為“尖脈沖”型。通過研究不同畸變度對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)出口流場(chǎng)的影響,系統(tǒng)地給出了進(jìn)口總壓畸變?cè)趬簹鈾C(jī)中的傳遞情況。進(jìn)口周向總壓畸變會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)性能的嚴(yán)重下降,且畸變度越大,下降越明顯;進(jìn)氣畸變對(duì)動(dòng)靜葉流場(chǎng)均產(chǎn)生較大影響,在動(dòng)葉流場(chǎng)中表現(xiàn)為激波前后移動(dòng)幅度增加、葉尖泄漏流增強(qiáng),在靜葉流場(chǎng)中表現(xiàn)為上角區(qū)大范圍流動(dòng)分離,進(jìn)氣畸變使得壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)呈現(xiàn)明顯的非軸對(duì)稱性。進(jìn)氣畸變并沒有改變壓氣機(jī)失速先兆的類型。然后,對(duì)原型壓氣機(jī)靜葉開展彎扭造型,并采用定常數(shù)值模擬方法分析了彎扭靜葉對(duì)壓氣機(jī)的影響,結(jié)果表明,彎扭靜葉吸力面附面層抵抗逆壓梯度的能力更強(qiáng),且葉型損失更低。在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了由5個(gè)彎扭靜葉和41個(gè)原型靜葉組成的非軸對(duì)稱彎扭靜葉,非定常數(shù)值模擬結(jié)果表明非軸對(duì)稱彎扭靜葉能有效提高壓氣機(jī)的抗畸變能力和流動(dòng)穩(wěn)定性。在畸變度DA=0.05條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度相對(duì)提高11.63%;在畸變度DA=0.1條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度相對(duì)提高16.7%。非軸對(duì)稱彎扭靜葉通過抑制靜葉上角區(qū)流動(dòng)分離改善畸變區(qū)內(nèi)通流能力,進(jìn)而降低動(dòng)葉氣動(dòng)負(fù)荷,抑制激波的前后移動(dòng)幅度以及葉尖泄漏流,但彎扭靜葉改善上角區(qū)流動(dòng)狀態(tài)的同時(shí)也導(dǎo)致了下角區(qū)的流動(dòng)分離,動(dòng)葉32%葉高以下流動(dòng)損失也隨之增加,與彎扭靜葉相鄰的9個(gè)原型靜葉下角區(qū)出現(xiàn)大范圍分離。對(duì)靜葉稠度儲(chǔ)備20%開展單流道定常數(shù)值模擬研究,靜葉稠度儲(chǔ)備20%并不影響壓氣機(jī)的堵塞流量,穩(wěn)定裕度略微提升,靜葉稠度儲(chǔ)備20%可以推遲靜葉角區(qū)失速的發(fā)生,從而減小氣動(dòng)損失,但是對(duì)動(dòng)葉激波的遷移影響不大。靜葉畸變區(qū)內(nèi)采用稠度儲(chǔ)備20%的方式構(gòu)成的非軸對(duì)稱稠度儲(chǔ)備靜葉并對(duì)其流場(chǎng)進(jìn)行求解。非軸對(duì)稱稠度儲(chǔ)備靜葉可以提高畸變條件下壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度,在畸變度DA=0.05條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度相對(duì)提高10.07%;在畸變度DA=0.1條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度相對(duì)提高18.83%。非軸對(duì)稱稠度儲(chǔ)備靜葉可以推遲畸變區(qū)靜葉角區(qū)分離的產(chǎn)生,進(jìn)而減弱動(dòng)葉激波移動(dòng)幅度和葉尖泄漏流。但是非軸對(duì)稱稠度儲(chǔ)備靜葉對(duì)壓氣機(jī)性能的改善效果稍弱于非軸對(duì)稱彎扭靜葉,然而非軸對(duì)稱稠度儲(chǔ)備靜葉不會(huì)造成靜葉其他區(qū)域流場(chǎng)惡化。最后,在前兩型非軸對(duì)稱靜葉的基礎(chǔ)上構(gòu)造了非軸對(duì)稱組合靜葉方案并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行求解。結(jié)果顯示,非軸對(duì)稱組合靜葉能有效提高壓氣機(jī)的抗畸變能力和流動(dòng)穩(wěn)定性,在畸變度DA=0.05條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度相對(duì)提高22.30%;在畸變度DA=0.1條件下,非軸對(duì)稱彎扭靜葉使得壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度相對(duì)提高24.87%。非軸對(duì)稱組合靜葉則綜合了先前兩種非軸對(duì)稱靜葉的優(yōu)點(diǎn),改善靜葉角區(qū)流動(dòng)分離的同時(shí)提高動(dòng)葉流道內(nèi)的流動(dòng)穩(wěn)定性。另外,通過對(duì)比不同轉(zhuǎn)速下非軸對(duì)稱組合靜葉對(duì)壓氣機(jī)性能的影響可以發(fā)現(xiàn),非軸對(duì)稱組合靜葉在低轉(zhuǎn)速下抗畸變能力更強(qiáng),在80%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下相對(duì)于原型壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度提高了51.74%。
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U664.1
【圖文】：

LN12500持續(xù)改進(jìn)型功率的趨勢(shì)l5]

盡管艦船用燃?xì)廨啓C(jī)研制起步較晚，但由于航空技術(shù)發(fā)展很快，航改燃?xì)廨嗗义蠙C(jī)得到船舶工業(yè)的高度重視和大力發(fā)展［４］。目前，艦船使用燃?xì)廨啓C(jī)的比例達(dá)到逡逑７５％，效率己超過了邋４０％，單機(jī)功率超過了邋４０ＭＷ。圖１．２與圖１．３為美國典型的逡逑航改艦船燃?xì)廨啓C(jī)ＬＭ２５００近４０年持續(xù)改進(jìn)型的發(fā)展趨勢(shì)［５］。逡逑３４．３ＭＶＶ逡逑３１．３ＭＷ邐４１％逡逑２＿ｗ邋桃邐Ｉ—■逡逑如２３．２ＭＷ邐邐—邐ｐ｜＊ｇ逡逑２２ＭＷ邐３７．６％邐？邋Ｗ邐功邋Ｗ、’逡逑２０邋５ＭＷ邐３７．０％邐邐邋６邋臺(tái)邐＇■■■逡逑１７．９ＭＷ邐３６邋９％邐邐邋？＞ｍｍ：邐ＬＭ２冊(cè)逡逑３５．８％邐？次用：ｆ逡逑＿＿＾如魏邐？挪《0邋？桃逡逑側(cè)邐一邐＇．＇ａ邋丨，．．．．逡逑：＇，ｆ邋口邐＾邐娜咖，逡逑＊邐？獻(xiàn)RG健邐側(cè)逡逑＃？0＜ｘｘ＊ｘｉ邐ｍｍ＾＼Ｇ）邐？們．御＾逡逑￥k�？？鍐璀：偘欏十时逦ｉ辶x希模模ィ沖�？邋ＩＡ１２�(dān)埃埃у澹蟈危跡唬義希保梗罰板危保梗罰靛危保梗福板危保梗福靛危保梗梗板危保梗梗靛澹玻埃眩彥澹玻埃埃靛危玻埃保板迥赍義

本文編號(hào)：2748781