超音来流条件下压气机非定常流场特性与流动控制研究.pdf

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1、硕士学位论文超音来流条件下压气机非定常流场特性与流动控制研究STUDYONUNSTEADYFLOWFIELDCHARACTERISTICSANDFLOWCONTROLOFCOMPRESSORUNDERSUPERSONICFLOWCONDITION张越哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK472学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工学硕士学位论文超音来流条件下压气机非定常流场特性与流动控制研究硕士研究生：张越导师：陈绍文副教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONUNSTEADYFLOWFIELDCHARACTERISTICSANDFLOWCONTROLOFCOMPRESSORUNDERSUPERSONICFLOWCONDITIONCandidate：ZhangYueSupervisor：A-Prof.ChenShaowenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Powermachineryandengineering

3、Affiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要新一代高性能压气机正朝着更高级压比、更低损失、更宽稳定工作范围这一方向推进，所以对超音来流条件下具有较高级压比的压气机进行深入探索、研究是很有意义的。在超音速条件下，在压气机的流道会产生激波，激波有着较好的增压效果，但激波强度过大、激波与边界层干扰（SWBLI）这些因素都会给流场带来很大的流动损失，并

4、且有着高度的非定常特征。为了更深入地认识压气机的非定常流场特性，得到流动控制的内在机理，需要更进一步研究叶片通道内的非定常流动特征，并且找到可行的流动控制方案。本文首先使用非定常方法来计算超音来流后台阶模型，并且验证了该数值方法的准确性，再使用该方法计算压气机二维叶栅。分析发现叶片吸力面不仅是高损失区域还有着较强的非定常特性，频谱分析结果表明SWBLI的分离区测点在低频f=6784Hz占有主导地位，叶栅下游测点主导频率大都在9000Hz以下；通过POD方式得到f=6634Hz为流场的非定常现象（二、三阶模态）的主导频率。本文通过定常计算得到不同的射流流动控制方案，从而确定有效的射流控

5、制方案，并发现在射流宽度为3.5mm，射流位置于xc/0.65和射流角度64°时为较优的流动控制位置。采用非定常计算对二维叶栅进行不同的流动控制研究，包括脉动射流与恒定射流两个方案。恒定射流方案得到的总压损失系数0.0854，相对于原型损失降低了10.3%，脉动射流的总压损失系数为0.0884，相对于等效的恒定射流方案损失降低了9.8%。通过POD分析可知射流可以将流体动能更多转到时均流场，而且使流体动能更大程度地集中在阶数较低的模态，射流还会使下游流场的涡系向低阶模态聚集。射流在一定程度上还改善了通道正激波与叶片压力面的流动分离，就这方面而言恒定射流改善的效果更明显。关键词：压气

6、机；SWBLI；非定常数值研究；流动控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThenewgenerationofhigh-performancecompressorsneedstobedevelopedtolowerlosses,andwiderandstableoperatingranges.Therefore,itisofgreatsignificancetoconductin-depthexplorationandresearchoncompressorswithhighersingle-stagepressureratioundersupersonicflow

7、conditions.Undersupersonicconditions,shockwavesappearintheflowpassageofthecompressor,andtheshockwavehasagoodsuperchargingeffect.However,excessiveshockwaveandflowseparationcausedbytheshockwave/boundarylayerinteraction(SWBLI)willbri