非均匀结构压气机气动稳定性分析研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S126学科分类号：082502硕士学位论文非均匀结构压气机气动稳定性分析研究研究生姓名石嵩学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向叶轮机气体动力学指导教师屠宝锋讲师南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringAerodynamicsStability

2、AnalysisofNon-uniformCompressorAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyShiSongAdvisedbyLecturerTuBaofengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要压气机是航空燃气涡轮发动机的重要组成部件，设计人员在压气机的设计过程中一直遵循周向均匀结构的设计习惯，却未从气动的角度给予过合理性的解释。本文尝试跳出这种周向均匀结构的惯性思维，基于非定常

4、流动分析，探索周向非均匀结构对压气机气动稳定性的影响。为揭示由叶片附面层分离诱导的旋转失速形成和传播机理，同时验证旋转失速的CFD计算方法，分别对某型两级低速轴流压气机的第1级和第1级的转子叶排进行整环数值求解，模拟压气机从稳定工况到旋转失速的动态发展过程。结果表明，单级失速先兆为模态波，这种大尺度扰动对应周向不均匀分布的静子叶排附面层分离产生的速度扰动，稳定发展的单个失速团传播频率与失速试验结果吻合较好；孤立转子叶排失速先兆为类似二维尖脉冲的突变式，属于小尺度扰动，旋转失速稳定发展后失速团数目为3个

5、，传播频率高于单级结果，失速团周向占据的范围远小于单级结果。针对柵距和安装角两种非均匀结构进行了计算分析，研究非均匀结构对压气机性能和气动稳定性的影响情况。首先，通过定常计算获得非均匀结构压气机的特性，然后，通过非定常求解获得压气机的动态失速过程。计算结果表明，两种非均匀结构都会引起局部若干通道流量再分配，这种效应在近失速点越发显著。柵距非均匀结构对压气机性能和气动稳定性均不利，减小压气机稳定工作范围。某一叶片安装角减小不超过10°，安装角非均匀结构对压气机性能影响很小，气动稳定性有所提高，在方案6中

6、这种非均匀结构产生的固有扰动能够抑制二维尖脉冲扰动的周向传播，当进入旋转失速后失速团传播至安装角减小的叶片时失速团的范围和强度都有所减弱，但失速团继续传播的行为没能被抑制；安装角减小超过10°以后，安装角非均匀结构对压气机性能和气动稳定性均产生不利影响。关键词：轴流压气机，数值模拟，整环，旋转失速，柵距/安装角非均匀，气动稳定性i非均匀结构压气机气动稳定性分析研究ABSTRACTCompressorisakeycomponentofaviationgasturbineengine,andinthepr

7、ocessofdesigningcompressordesignersalwaysobeytheruleofcircumferentiallyuniformstructure.However,areasonableaerodynamicexplanationabouttherulehasneverbeengiven.Thepurposeofthispaperistobreaktheinertiaofcircumferentiallyuniformstructuredesignandexplorethe

8、influenceofcircumferentiallynon-uniformstructureonthecompressor’saerodynamicstabilitythroughtheanalysisofunsteadyflow.Torevealtheformationandpropagationmechanismofrotatingstallinducedbybladeboundarylayerseparation,andconfirmtheCF