【摘 要】
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旋转失速和喘振是叶轮机械中最严重的两种气动失稳问题。对于压气机而言,进入旋转失速或者喘振状态不仅会使其性能降低,严重时可能会破坏发动机结构的完整性,威胁飞行安全,而想要改善一台压气机的失速问题是非常困难的,而且花费巨大。因此,压气机的稳定边界预测问题显得十分重要,在压气机的设计过程中,就需要用一种可靠的方法来评估新设计的压气机的稳定裕度。本文采用CFD数值模拟的方法对Koch提出的压气机失稳判据—
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旋转失速和喘振是叶轮机械中最严重的两种气动失稳问题。对于压气机而言,进入旋转失速或者喘振状态不仅会使其性能降低,严重时可能会破坏发动机结构的完整性,威胁飞行安全,而想要改善一台压气机的失速问题是非常困难的,而且花费巨大。因此,压气机的稳定边界预测问题显得十分重要,在压气机的设计过程中,就需要用一种可靠的方法来评估新设计的压气机的稳定裕度。本文采用CFD数值模拟的方法对Koch提出的压气机失稳判据——最大静压升系数进行研究。针对某单级轴流压气机,通过改变一系列设计参数,构建不同的压气机模型,研究设计参数对压气机最大静压升系数的影响,并将数值模拟结果与Koch预测曲线进行对比,以此验证该预测曲线的有效性。本文首先介绍了最大静压升系数的计算方法,对计算公式中某些参数的不同计算方法进行说明,从而得到了七种最大静压升系数的计算方法和两种无量纲长度的计算方法。其次,本文对叶尖间隙修正曲线和轴向间距修正曲线进行验证。通过对叶尖间隙和轴向间距不同的压气机模型进行数值模拟,分析了叶尖间隙和轴向间距对最大静压升系数的影响,并分别将不同计算方法所得最大静压升系数结果与叶尖间隙修正曲线和轴向间距修正曲线进行对比,验证叶尖间隙修正曲线和轴向间距修正曲线对不同计算方法修正的可行性。此后,本文通过改变压气机的某些设计参数,研究不同设计参数改变对压气机最大静压升系数的影响,涉及到的设计参数包括:叶片数、安装角、弦长和弯角。对于不同设计参数的数值计算结果,分别将不同计算方法所得最大静压升系数和无量纲常数的关联结果与Koch预测曲线进行对比,从数值模拟的角度验证了以最大静压升作为压气机稳定性判据的有效性。然后对比了不同计算方法所得最大静压升结果与Koch预测曲线之间的误差和变化趋势的差异,找到与Koch预测曲线较为接近的计算方法,结果表明,对于本文提出的各种计算方法,最大静压升系数Ch的y1、y2、y4三种计算方法所得结果明显与Koch预测曲线相差较大,其余各种计算方法结果相差不大,而无量纲长度L/g2的x2计算方法所得结果与Koch预测曲线相差更小。
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