叶片弯曲对压气机级气动性能影响的数值研究

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要本文应用商用软件TASKflow，数值模拟了哈尔滨汽轮机有限责任公司为哈尔滨制药总厂研制的一台多级轴流压气机的末级与次末级，共计算了原型、静叶改型为15',200正弯叶片与160反弯叶片四个方案。原型的计算结果表明，通流部分的第一个薄弱环节是在第一级动叶的上半叶展，由于转子的高速旋转，形成了由轮毅指向外壳的径向二次流，而且叶顶二次涡、分离涡、刮削涡、泄漏祸与上通道涡以及主流在叶顶吸力面壁角强烈地相互作用，压气机的流动分离、失速甚至喘振必然首先因这里的流动恶化而发生。

2、通流部分的第二个薄弱环节是在静子叶栅的叶根，在径向正压力梯度与横向压力梯度的作用下，边界层低能流体向轮毅吸力面壁角集聚，在那里常常发生马蹄涡、下通道涡和出口边脱落涡与流向逆压梯度相互作用而导致的流动分离。考虑叶片强度与振动的限制条件，本文在静叶栅中分别采用150与200正弯叶片及160反弯叶片，并通过数值模拟验证弯曲静叶片对压气机气动性能的改善作用。将后三个方案的计算结果与原型对比，本文发现:叶片正弯削弱了静叶栅外壳与轮毅两端壁上的横向压力梯度，建立了沿叶高的两端大、中间小的“C”型静压分布，这种静

3、压分布有利于两侧边界层低能流体向主流的扩散，因而改善了静叶栅的气动性能。反之，静叶反弯曲增大了叶栅两侧端壁上的横向压力梯度，形成了沿叶高两侧小、中间大的反“C”型静压分布，加剧了边界层低能流体向吸力面壁角，特别是叶根吸力面壁角的集聚，严重恶化了那里的流动。此外，本文的计算还表明，在压气机高压短叶片级的静叶栅中采用弯叶片，对级的流量、增压比和反力度几乎没有影响。正弯静叶提高了级的滞止等嫡效率，反弯静叶降低了级的效率。至于采用正弯静叶可将级效率提高多少，需由实验验证。关键词多级轴流压气机;末级与次末级;

4、弯曲叶片;气动性能;数值模拟哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要三轴飞行模拟转台是导弹或其它飞行器的地面半实物仿真的关键设备，广泛应用于航天、航空、国防等科技领域。作为一种高精度的仿真设备，其台体动态特性直接影响到转台动态仿真的可靠程度。在设计阶段对台体进行动态分析和设计，尤其是框架的动态特性研究和结构优化设计对模拟转台来说是至关重要的。本文阐述了国内外转台的发展过程和研究现状，概述了机械结构动态分析、优化设计的基本理论和研究现状。论文以哈尔滨建成机械厂(624厂)课题“多功能三轴飞行模拟转台”为背景

5、，用有限元分析方法，对转台轴系的动态特性进行了理论计算和研究。建立了各轴系的有限元模型，计算了各轴系的滚动轴承支撑刚度，将轴承简化为弹簧，用弹簧边界元模拟轴承的刚度，部分负载以其实际的形状及尺寸构建于模型上，应用有限元分析软件ANSYS6.1对模型进行了分析计算，得出各框架的各阶频率及其振型，并对计算结果进行了模态分析，分析了其影响因素，提出了关于结构动力优化的主要问题。在动态分析的基础上，以各框架的转动惯量为目标函数，以框架尺寸和一阶固有频率为约束条件，建立了各框架的优化数学模型，采用ANSYS的

6、APDL参数化设计语言将有限元分析与优化设计有机接合起来，编制用于复杂结构的优化设计程序，实现了转台框架的优化设计过程。优化结果表明，在满足框架尺寸和一阶固有频率的约束条件下，其转动惯量与初始方案相比下降很多，优化结果明显，取得了令人满意的结果。关键词三轴仿真转台;有限元:动态分析;结构优化设计。哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractByusingtheTASKflowcommercialsoftware,thispapernumericallysimulatedthelaststagean

7、dthepenultimatestageofamulti-stageaxialflowcompressorthatwasmadebyHarbinTurbineLimitedCompanyforHarbinPharmaceuticalMainWorkshop.Therearefourschemeswerecomputed,includeoriginaltype,thestatorbladetypewaschangedwithpositive150、200andnegative160curvedangl

8、e.Thecomputationresultoftheoriginaltypeshowsthatthefirstweaknessofthethroughflowisnearthetophalfofthefirstmovingblade.Duetothehighspeedrotateoftherotor,theradialsecondaryflowthatfromhubtocasingisformed,andthetipsecondaryvortex,separatev