跨声速压气机时序效应的数值模拟

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1、清华大学综合论文训练题目：跨声速压气机时序效应的数值模拟系别：航天航空学院专业：工程力学与航天航空工程姓名：吴霆指导教师：任玉新教授2009年6月20日8关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：36中文摘要采用数值方法对ND跨声速压气机的时序效应进行非定常模拟。程序中采用了两方程的k-ω湍流模式。为了提高

2、计算效率，程序应用了消息传递并行编程环境MPI。文章首先对ND跨声速压气机内的流场以及流动损失情况进行了分析。文章主要研究时序效应对压气机效率的影响，已有的计算结果表明时序效应对ND跨声速压气机效率的影响并不大，在0.1%以下。分析可得在ND跨声速压气机中，第一排静子尾迹到达下游之后的强度很小，因为时序效应是由前排静子的尾迹与后排静子的干涉作用引起的，所以时序效应对ND跨声速压气机的效率的影响很小。关键词：跨声速压气机；时序效应；效率；流动损失36ABSTRACTNumericalsimulationwasappliedtotheun

3、steadyflowattheNDtransoniccompressorwithdifferentangularstator–statorpositions.Theturbulencemodelusedinthissystemisthetwo-equationk-ωmodel.Inordertoreducecomputationaltime,thesolverisparallelizedusingMPI(MessagePassingInterface).Theflowfieldandthelostworkinthecompressor

4、werediscussedbriefly.Theinvestigationsfocusedontheimpactofclockingeffectonefficiencyofthecompressor.Theresultsshowthatlessthan0.1%overallefficiencyvariationduetoclockingeffectisfound.Wecanseethatthewakeofthefirststatorisveryweekdownstreamoftherotorwhilethewakeoftherotor

5、isverystrong.Clockingeffectiscausedbytheinteractionofthewakeofthefirststatorandthesecondstator.Thus,clockingeffecthaslittleinfluenceontheefficiencyofthecompressor.Keywords：transoniccompressor;clockingeffect;efficiency;lostwork36目录第1章引言11.1压气机的研究背景11.2时序效应21.3压气机流场及性能的分析

6、方法31.4本文的研究内容5第2章数值方法72.1基本方程72.2数值格式92.3湍流模式10第3章ND压气机数值模拟113.1ND跨声速压气机113.2计算条件113.3结果与分析123.4本章小结21第4章结论和展望224.1研究总结224.2需进一步开展的工作23插图索引25参考文献26致谢……………………….28声明…………………………………………………………………………29附录A书面翻译303636第1章引言1.1压气机的研究背景航空发动机是飞机的重要部件，降低发动机SFC（燃油消耗比）的方法主要有两个：提高压气机的压比和提

7、高涡轮前温度；提高发动机每个组件的效率。下面是轴流式压气机的工作原理。轴流式压气机的作用是利用外界提供的机械功连续不断地使气体压缩，提高气体总压和总温。轴流压气机主要由两部分组成:旋转的部分称为转子，不动的部分称为静子。当轴流压气机工作时，气体首先进入进气管，然后流入进口导向器；进口导向器是具有收缩流道的静止环形叶栅。气流在这里一方面加速，另一方面获得一定的预先扭转，即获得一定的切向分速度，然后气体进入转子叶片通道内；外界的机械功通过动叶片传递给气体，使气体的压力和动能在转子叶片通道内增大；转子叶片排之后接着是静子叶片排，该静子叶片排

8、规定气流进入下一级的进气方向，同时也将气体的动能部分的转换为压力势能。气体由一级静子叶排出来之后接着进入下一级工作轮。在多级轴流压气机中，一级跟着一级串联起来，使气流压力逐级升高。每一级都是由转子和静子组成。由轴流式压气