離心壓氣機(jī)失速及導(dǎo)風(fēng)輪機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)研究.pdf

1、機(jī)匣處理是一類經(jīng)濟(jì)高效的擴(kuò)穩(wěn)手段，雖然其應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史，但由于機(jī)匣處理內(nèi)部與壓氣機(jī)之間耦合流動(dòng)的復(fù)雜性，直到今天人們對其擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不夠徹底和完善。隨著負(fù)荷的不斷提高，機(jī)匣處理在離心壓氣機(jī)上的應(yīng)用越來越普遍。開展離心壓氣機(jī)失速內(nèi)流特征和機(jī)匣處理的擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理研究，有助于改變當(dāng)前機(jī)匣處理設(shè)計(jì)過程中以經(jīng)驗(yàn)占主導(dǎo)和以反復(fù)試驗(yàn)為代價(jià)的狀況，也有利于滿足對未來高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定裕度提升的迫切需求。本文采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的手段，針對

2、離心壓氣機(jī)開展了自循環(huán)機(jī)匣處理和導(dǎo)風(fēng)輪端壁引氣兩種機(jī)匣處理型式的研究，主要包括如下幾方面工作：
　　1）開展了單級離心壓氣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速條件下流動(dòng)失穩(wěn)的內(nèi)流特征研究。從部件間的匹配關(guān)系和葉輪內(nèi)部導(dǎo)風(fēng)輪和工作輪的壓比－流量特性，找到了不同轉(zhuǎn)速下的失穩(wěn)觸發(fā)部位，得到了三種失速模式，分析了失穩(wěn)部位隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。對葉尖間隙中一類重要的觸發(fā)壓氣機(jī)失穩(wěn)的二次流動(dòng)——葉尖泄漏流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和泄漏流對壓氣機(jī)失穩(wěn)的觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行了探索。
　　2

3、）按照經(jīng)驗(yàn)和一般性認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)了一種帶外部環(huán)腔的雙向開槽自循環(huán)機(jī)匣處理，研究了抽吸槽與導(dǎo)風(fēng)輪的軸向搭接長度、開槽角度、開槽數(shù)量和開槽寬度以及環(huán)腔容積等的參數(shù)選取方法。通過實(shí)壁機(jī)匣與處理機(jī)匣的對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了機(jī)匣處理的擴(kuò)穩(wěn)效果，并從試驗(yàn)結(jié)果中所體現(xiàn)出的轉(zhuǎn)速差異性，用以指導(dǎo)數(shù)值模擬的狀態(tài)點(diǎn)，減少計(jì)算的盲目性。
　　3）對帶自循環(huán)機(jī)匣處理的離心壓氣機(jī)建立了流動(dòng)結(jié)構(gòu)模型，通過模型分析了機(jī)匣處理對葉輪輪緣功的影響，以及回流二次注入預(yù)旋角的選取規(guī)

4、律，并預(yù)測了機(jī)匣處理的回流流量與擴(kuò)穩(wěn)效果之間的定量關(guān)系。
　　4）運(yùn)用非線性諧波方法對帶機(jī)匣處理整級壓氣機(jī)的非定常流動(dòng)開展了數(shù)值模擬，研究了機(jī)匣處理內(nèi)部非定常流動(dòng)特性和機(jī)匣處理與葉輪之間的轉(zhuǎn)/靜干涉效應(yīng)。這些研究為進(jìn)一步簡化計(jì)算量，采用轉(zhuǎn)子凍結(jié)法進(jìn)行定常數(shù)值模擬提供了合理性依據(jù)。
　　5）對帶機(jī)匣處理的離心壓氣機(jī)開展了相對折合轉(zhuǎn)速(-n)c=0.5、0.8和1.0三條等轉(zhuǎn)速線的定常數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬結(jié)果的分析中，研究了自循