【摘要】：機匣處理廣泛應(yīng)用于壓氣機中,溝槽類機匣處理可以提高壓氣機效率但一般情況下會降低喘振裕度。本文提出了一種自行創(chuàng)新設(shè)計的新穎的斜坡槽式機匣處理,首先在上海交通大學(xué)低速軸流壓氣機實驗臺上對該種構(gòu)型的實驗件進行了實驗研究;接著在一臺高壓壓氣機后面級上對三種不同機匣處理(包括斜溝槽、梯狀間隙及斜坡槽式)進行了數(shù)值模擬,研究不同溝槽類機匣處理作用效果的異同以及不同幾何參數(shù)對壓氣機性能與流場的影響;最后對斜坡槽式機匣處理幾何進行參數(shù)化設(shè)計,構(gòu)建優(yōu)化平臺,基于數(shù)值模擬和代理模型優(yōu)化獲得了可以同時提高壓氣機效率和喘振裕度的具體構(gòu)型,并詳細分析了其性能和流場。研究結(jié)果表明:通過掌握斜坡槽式機匣處理作用機理以及采用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法,無論是在低速軸流壓氣機實驗臺還是高壓壓氣機后面級上,都可以獲得設(shè)計點效率與喘振裕度雙提高的幾何構(gòu)型。斜坡槽式機匣處理相比于其他兩種結(jié)構(gòu),其獨有的斜坡能有效消除斜溝槽和梯狀間隙前端凸起處的回流區(qū)。正交試驗設(shè)計表明斜坡槽式機匣處理幾何參數(shù)中斜坡槽最高點徑向高度對其作用效果影響最為關(guān)鍵。多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計得到的四個典型斜坡槽式機匣處理在葉尖位置都存在一個對應(yīng)于葉尖泄漏流的回流區(qū),回流區(qū)的位置取決于斜坡槽最高點的位置,回流區(qū)的大小和葉頂間隙有較大關(guān)系。不同斜坡槽式機匣處理對高壓壓氣機轉(zhuǎn)葉出口全葉高范圍內(nèi)的流場造成影響。
【圖文】：

(a) 蜂窩式機匣處理及其擴穩(wěn)效果 (b) 幾種機匣處理的類型圖 1-1 機匣處理的發(fā)現(xiàn)[1]Fig.1-1 Discovery of casing treatment[1]為進一步探索機匣處理擴穩(wěn)的現(xiàn)象，研究人員隨即針對幾種不同結(jié)構(gòu)的機匣處理對失速裕度及壓氣機性能的影響進行了實驗研究。這幾種機匣處理包括周向槽式、蜂窩式、葉片角向縫式以及軸向斜縫式，如圖 1-1 (b)。研究結(jié)果表明，這幾種機匣處理結(jié)構(gòu)均能延緩失速的發(fā)生，其區(qū)別在于對失速裕度的改變程度。盡管未能充分認識到機匣處理的作用機理，但是，研究者仍提出，機匣處理的軸向分布范圍、開口面積、開槽深度或體積以及槽內(nèi)的循環(huán)都是影響機匣處理作用效果的決定性因素。Osborn 等人[2]對孔徑不同的徑向圓孔及蜂窩式機匣進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)蜂窩式機匣處理在擴穩(wěn)的同時也帶來了少量的效率損失。文中對周向槽、軸向縫、軸向斜縫及葉片角向縫等數(shù)種機匣處理結(jié)構(gòu)在不同轉(zhuǎn)速下的作用效果進行了較為詳盡的研究，不同的機匣處理形式對穩(wěn)定性和效率的作用效果各有特點。Moore等人[3]對 Osborn 文中提到過的幾種機匣處理型式展開進一步研究，采用總溫總壓組合探針對壓力、溫度、氣流角等參數(shù)在不同機匣處理下的徑向分布進行實驗測

對不同雷諾數(shù)下機匣處理的擴穩(wěn)效果進行分析，對 0.3 和 0.7 及進口無障礙條件下，在 J85-13 發(fā)動機結(jié)果表明，在 100%發(fā)動機換算轉(zhuǎn)速下，雷諾數(shù)指標(biāo)諾數(shù)指標(biāo)為 0.7 的情況降低 2.8%；在 80%發(fā)動機換。從壓氣機性能圖來看，減小雷諾數(shù)指標(biāo)無法顯著使失速點壓比略有降低。akata[6]通過對大量不同結(jié)構(gòu)的機匣處理進行性能實率造成損失是不可避免的。文中在一臺低速壓氣機上斜縫、軸向縫以及周向槽進行了詳盡的實驗和測量率繪制在一張關(guān)系圖上（圖 1-2）。從圖中可以看到度改進量與峰值效率的關(guān)系均落在一條光滑連續(xù)的表明，裕度改進量的提高必然導(dǎo)致效率的下降。因的機匣處理中，并不存在可以同時提高壓氣機喘振的提高必定帶來效率的損失。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V233

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2594175