叶顶间隙对高速转子流场影响的数值研究毕业论文

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1、叶顶间隙对高速转子流场影响的数值研究毕业论文目录第1章绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状11.2.1国内研究现状11.2.2国外研究现状21.2.3发展趋势31.3NUMECA软件介绍41.4本文研究方案51.5主要研究内容5第2章建模及网格划分72.1NASA转子3772.2网格的划分8第3章数值计算和边界条件设定123.1控制方程及湍流模型123.2边界条件设定及初始解153.2.1边界条件153.2.2初始条件183.3收敛准则19第4章计算结果分析214.1叶顶间隙取值214.2计算结果分

2、析21第5章总结与展望405.1总结405.2展望40参考文献41致谢43I浙江理工大学本科毕业论文1浙江理工大学本科毕业论文第1章绪论1.1研究背景及意义压缩机动叶的顶端存在叶顶间隙。由于叶片吸入侧（SS）和压力侧（PS）之间存在压力差，因而在该间隙处会产生从PS到SS的流体流动。因为这种流动十分复杂，并对压缩机的性能和稳定性存在巨大的影响。对这种流动的研究一直都是压缩机流动研究领域的热门话题之一。在实验和研究手段日趋发展的今天，压缩机定常非定常流场的研究仍面临着一些理论及实验测量的困难，因而数值模拟成为了一

3、种普适性的方法。它不仅避免了实验测量产生的误差，还能节省高昂的实验经费开支，并详细清楚地显示了压缩机流场的复杂变化情况，为压缩机定常非定常流动研究提供了充分的数据支持。1.2国内外研究现状作为压缩机动叶顶端的主要流动，叶顶间隙流动与压缩机的性能和稳定性紧密相连，自20世纪50年代以来就一直备受相关科研人员的密切关注。1.2.1国内研究现状早些年就有很多人进行过压缩机叶顶间隙流动动的研究。而近几年，随信息技术和计算手段的不断发展，国内有越来越多的科研人员投入到了该领域的研究中，并取得了不少备受瞩目的成果。为了研究

4、叶顶间隙对压缩机性能影响，刘长胜等人对两个不同半开式离心压缩机叶轮不同叶顶间隙条件下的三维粘性流场进行了分析。其分析结果显示，流动效率及压比随间隙大小的减小而增大，对压缩机的性能有巨大的影响[1]。马文生等人的相关研究结果则表明，由于叶片压力侧和吸入侧存在压差，流体穿过叶顶间隙形成泄露流动，并在通道内形成漩涡流动，与主流流体相互影响从而导致熵的增加，进而影响压缩机的效率[2]。高学林和袁新利用双重时间步法对某含静叶气封和动叶叶顶间隙的亚音速轴流压缩机中间三排叶片所在的流道进行建模并进行非定常数值模拟43浙江理工

5、大学本科毕业论文，得出非定常计算得出的效率比定常计算高1%左右的结论[3]。此外，他们还对该压缩机中间三排叶片进行了定常与非定常数值模拟，分析在不同的静叶气封间隙和动叶叶顶间隙组合下压缩机的流动特性，也取得了一定的成果[4]。西北工业大学动力与能源学院对轴流式压缩机孤立转子实验台的内部流动进行了三维数值模拟。其数值计算结果与实验测量结果对比分析证明了程序能够准确地预测孤立转子的总性能和基元性能[5]。此外，动叶顶端流动的特性如：其造成的损失、泄漏涡的特性、间隙流动的形式等，也有较大的进展。张燕峰针、楚武利和吴艳

6、辉对叶尖率先出现失速信号的一亚音速轴流压缩机转子作了数值模拟。其结果表明，不同间隙条件下泄漏涡的运行特性与压缩机的性能及稳定性密切相关[6]。1.1.1国外研究现状随着CFD软件及其他各类技术的发展完善，许多国外的研究者也取得不少举世瞩目的成果。压缩机流动的性能及效率取决于通道流动部分的能量损失。Rains提出无论实验研究或者理论研究，深入了解叶顶间隙流动就应该关注其引起的损失。同时，他还说压缩机效率高低的判断应该以叶顶间隙流引起的损失为依据[7]。随时代的变化，叶顶间隙流动的测量也更加简单、精确。利用旋转式五

7、孔探针Lakshminara-yana等人详细测量了以轴流压缩机的转子叶片顶端区域。对26%的叶片高度处进行测量，测量数据解释了叶片顶端区域流动的复杂性，其中包含了叶顶泄露流、叶片尾迹和环壁边界层的干扰[8]。通过对小型高速压缩机转子近机匣处的流场的数值模拟研究，吴艳辉等人发现叶顶泄漏涡在近失速情况下的转子通道内发生破碎。涡破碎导致低能流体在外壁处大量聚集，从而造成了外壁边界层严重堵塞。由于涡破碎的近失速情况，叶顶间隙涡附近形成了一个低速区。当质量流量进一步减少时，流体在该区域迅速积聚并向上游移去。同时，该区域

8、会阻止来流通过压力侧，并推动叶顶泄露流从压力侧涌入邻近的叶片通道。此外，还发现即使在近失速状态，叶顶泄露流也会对吸入侧边界层的发展产生影响[9]。利用激光多普勒仪Mailach等人对43浙江理工大学本科毕业论文德雷斯顿低速压缩机第三级转子叶片叶栅的周期性非定常流场进行了研究。并对转子叶片中截面及叶顶等几个展向进行讨论。此外，借助压力传感器还提供转子非定常流场的相关信息。其中，叶片中截面