多级压气机设计与性能优化分析

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1、ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesignandPerformanceOptimizationofMulti-stageAxialCompressorCandidate:TaoYeSupervisor:Prof.ZhengQunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerMachineryandEngineeringDateofSubmission:January.2015DateofOralExaminat

2、ion:March.2015University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研

3、究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日多级压气机设计及性能优化

4、研究摘要本文从某多级低压压气机气动设计出发，构建了符合设计需求的多级轴流压气机设计体系。在该设计体系当中不但包含传统的一维初步设计、S2通流设计、叶片三维造型以及三维CFD验证，还通过引入三维CFD计算结果对S2通流计算进行迭代修正的方式，解决了S2通流计算程序没有内置损失模型的问题，并且使设计出来的叶片能够考虑到端区粘性流动的影响。利用该设计体系，本文完成了8级压气机的气动设计，并对其性能参数进行了分析。通过三维CFD计算结果可知，压气机在设计点上各级主要参数分配合理，各排叶片匹配良好；当流量发生变化时，压气机的性能主要受后三级性能降低的影响。在完成了多级

5、压气机气动设计的基础上，本文选取了文中所设计的压气机的第一级动叶进行了非轴对称端壁优化造型的研究。在优化过程了，使用了由压气机特性线上的最高效率点效率和设计点效率共同构成的目标函数,以确保优化所得的结果不会在端壁改变后出现流量的偏移。通过对比优化结果和原型压气机的流动情况可以发现，在设计点流量条件下非轴对称端壁不但能够通过改善端壁静压分布和附近区域的叶片载荷分布的方式改善压气机动叶的端区流动情况，还能够通过抑制角区回流使动叶内的流量沿叶高分布进行重新分配进而影响到整个叶高上的效率。同时，在低于设计点流量条件下由于正攻角的存在，非轴对称端壁的作用效果减弱，但仍

6、然能够控制回流区的产生。最后，为了改善8级压气机的低工况性能，在HARIKA正问题分析算法的基础上建立了以拓宽多级压气机喘振边界为优化目标的多级可转导叶调节方案优化设计平台。同时，制定了以第一级静叶转角为参考，其余级按对应的比例进行转动的调节方式。在此之后，以该优化平台为工具，探讨了采用不同优化目标和调节级数对优化得到的调节方案的调节效果的影响，并对最终获得的调节方案进行了三维CFD验证，证明了本文中所构建的可转导叶调节方案优化设计平台的实用性。关键词：多级轴流压气机；气动设计；优化设计；非轴对称端壁；可转导叶哈尔滨工程大学硕士学位论文多级压气机设计及性能优

7、化研究AbstractInthisdissertation,theresearchprocessbeginswiththeaerodynamicdesigningofamultistageaxialcompressorusingadesignsystemwhichwascreatedwiththedesigningtoolsthattheauthorhave.Inthisdesignsystem,itnotonlyhavethetraditional1Dpreliminary、S2throughflowcalculation、3Dblademodelinga

8、nd3DCFDvalidationbutalsoin