叶顶间隙对轴流压气机性能及流场的影响.pdf

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1、第40卷第3期2014年6月航空发动机AeroengineVel．40No．3Jun．2014叶顶间隙对轴流压气机性能及流场的影响孙海鸥t，叶楠1，王纪达2，宫宇3，王忠义1(1．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨150001；2。南京汽轮电机C集团)有限公司，南京210037；3．环境保护部核与辐射安全中心，北京100082)摘要：针对由磨损、机械损伤等因素造成的动叶叶顶间隙变化对压气机性能的影响，以某已知参数的1。5级压气机为研究对象，采用NUMECA软件分别对不同大小的均匀及非均匀间隙情况进行了数值模拟。通过改变背压条件，设定均匀及

2、非均匀情况下不同的叶顶间隙值，模拟了变工况下压气机的气动性能，绘制了压气机流量特性线；同时分析了不同叶顶间隙对内部流场及流动的影响。数值模拟结果表明：动叶叶顶间隙增大时压气机的效率、压比等出现了衰退，且不同间隙情况对性能衰退程度的影响也不同，这对压气机非设计工况下的性能预测具有一定的参考价值。关键词：轴流压气机；叶顶间隙；性能；流场；数值模拟；航空发动机；效率中图分类号：V235．11文献标识码：Adoi：10．134771j．cnki．aeroengine．2014．03．001Effect0fTipClearanceonAxiaICompr

3、essorPerformanceandFlowFieldSUNHai一0U1，YENanl，WANGji—da2，GONGYu5，WANGZhong—yil(1．HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China；2．NanjingTurbine&ElectricMachinery(Group)co．，LTD．，Nanjing210037，China；3．NuclearandKadiadonSafetyCenter，Being100082，China)Abstract：Aimingattipcleara

4、ncecausedbytheerosionandmechanicaldamageonthecompressorperformance，thedifferentuniformandnon-uniformtipclearanceof1．5stagecompressorswerenumericallysimulatedbyNUMECAsoftware．Thecompressoraerodynamicperformanceonvariableoperationswassimulated，andtheflowcharacteristicscurvewer

5、eobtainedbychangingthebackpressureandgivingthedifferenttipclearancevaluesonuniformandnon-uniformsituation．Theeffectofdifferenttipclearanceontheintemalflowfieldandflowcharacteristicswasanalyzed．Thenumericalresultsindicatethatthereappearstheperformancedegradationofthecompresso

6、refficiencyandpressureratiowhenrotortipclearanceincreases．Thedegradationunderdifferenttipclearanceconditionisdifferent,whichprovidescertainreferencevaluetoperformancepredictionunderoff-designconditions．Keywords：axialcompressor；lipclearance；performance；flowfield；numericalsimu

7、lation；aeroengine；efficiency0引言压气机作为燃气轮机的主要部件，对总体性能有重要的影响，而叶顶间隙是造成压气机内部流动损失的重要因素。在压气机工作过程中，腐蚀、磨蚀、机械损伤、热负荷等因素会造成叶顶间隙增大，由叶片前、后面压差驱动的间隙流动增强，从而导致泄漏损失增大11。21。泄漏流动对压气机气动性能有显著影响，马文生等的研究表明，叶顶间隙增加1％，压气机流量减少约1％，效率减小约1．3％t，I。所以对叶顶间隙的研究一直是叶轮机械领域研究的热点，研究者采用不同方法取得了很多成果141。Kangs．等通过流场可视化技术

8、和5孔探针对压气机叶栅叶顶间隙进行了试验研究，并结合数值方法给出了间隙泄漏涡的结构阎；MarkP．W．等应用3DPIV设备测量轴流压气机叶顶间隙流动，