多级轴流压气机喘振特性分析

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1、第52卷第4期汽轮机技术Vol_52NO．42010年8月TURBINETECHNOL0GYAug．2010多级轴流压气机喘振特性分析胡江峰，欧阳华，何磊，杜朝辉(1上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2上海汽轮机厂有限公司，上海200240)摘要：基于求解三维雷诺平均N—s方程，采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术，结合Spalart—Allamaras一方程湍流模型，对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算，分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明：在近喘振点时气流流量减小，在叶片吸力面尾缘处容易出现分离，而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好，

2、可为压气机的设计和优化提供参考。关键词：湍流模型；轴流压气机；数值计算；三维流场分类号：TK472文献标识码：A文章编号：1001—5884(2010)04-0250-03PerformanceAnalysisofMultistageAxialCompressoratSurgeConditionsHUJiang-feng，OUYANG—hua，HELei，DUZhao—hui(1SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China；2ShanghaiTurbinePlantCompa

3、nyLimited，Shanghai200240，China)Abstract：Inthispaper，theinternalflowofthemultistageaxialcompressorwascalculatedbasedonReynoldsaveragedN—Sformulationandoneformulationtubulencemodelatof-designpoints，usingmixingplanemethodandPCnetworkparallelcomputationaltechnique．Theperformanceofflownearchokepoint

4、swasanalysised．Resultsshowthatmassflowratedecreasesandflowseparatesattailingedgeofsuctionsurfaeeespeciallyatbladerootnearthechokepoints．CFDresultsaregoodagreewithexperimentalresults，andcanbeusedfordesignandoptimizationofcompressor．Keywords：tubulencemodel；axialcompressor；numericalsimulation；3Dfl

5、owfield气机级问参数实验数据的基础上，CFD结果可作为多级轴流0前言压气机设计参考可行性和意义。现代燃气轮机发展要求压气机在非设计工况也要有良1网格模型及数值方法好的性能，通过对非设计点工况尤其是近喘振工况点流动机理进行分析，可对提高压气机稳定性和改善稳定裕度提供参包括进出口导叶，压气机为l3级，如图1所示。压气机考。目前，全三维的多级压气机CFD计算技术已完全参与进、出口段网格采用H型拓扑结构，叶片段采用O型拓扑结到多级压气机的设计开发过程中，并取得了很多成果。构，网格总数5343030。Steven⋯采用多级CFD技术分析修正5～11级静叶叶型出口角，解决了该压气机中间几级

6、效率偏低的问题。Man—sourl2使用多级CFD程序APNASA研究分析，通过调整动叶出口角和静叶安装角来修正压气机部分动、静叶叶型的方图1压气机整体计算网格示意图法，解决了压气机的初步设计结果级间匹配不能满足设计要采用三维黏性N—s方程求解程序Fine／Turbo对4种转求的问题。相比之下，国内在这方面起步则相对较晚，但也速下工况分别进行定常计算。工质为理想气体，CFL数取2，做了很多研究工作。总的来说，目前国外系统化地试验动静交接面采用混合平面模型。由于s—A模型能较好地模与多级CFD技术相结合的压气机设计理念已经形成，通过拟堵塞点附近流量变化小而效率压比急剧下降的现象，且能计

7、算掌握压气机内部流场的真实分布，以便能够更好地进行模拟的范围较广，因此这里的计算湍流模型选用S—A一方压气机的设计和改良。程模型。以守恒形式的有限体积法进行空间离散，采用中心本文对某型号多级轴流压气机4个非设计点工况进行差分格式，时间采用四阶显式Runge—Kutta求解方法。为了了数值计算，并与试验结果进行了对比，一方面对本文使用加速收敛，采用了多重网格和隐式残差平均化技术。的CFD数值方法进行验证；另一方面，通过对级间流场分控制方程的通用形式为：析，讨