叶尖间隙对某离心压气机性能和稳定性的影响

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1、第４４卷第５期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．５２０１４年９月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｅｐ．２０１４叶尖间隙对某离心压气机性能和稳定性的影响１１２陈靖华，吴哲明，屠宝锋（１．航空机电系统综合航空科技重点实验室，中航工业南京机电液压工程研究中心，江苏南京２１１１０２；２．南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京２１００１６）摘要：为研究叶尖间隙对某型高速离心压气机性能和气动稳定性的影响，采用ＮＵＭＥＣＡ软件详细研究了在不同叶尖间隙下的三维黏性流场，计算结果表明，随着叶尖间隙增大，叶轮叶尖泄

2、漏流的强度明显增强，导致叶轮的增压能力下降，效率减小；稳定工作范围先减小后增大，同时还会导致失稳原因发生改变。关键词：数值计算；离心压气机；性能；稳定性；叶尖间隙中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０５桘００６１桘０３InfluenceofTipClearanceonPerformanceandStabilityofaCentrifugalCompressor１１２ＣＨＥＮＪｉｎｇ桘ｈｕａ，ＷＵＺｈｅ桘ｍｉｎｇ，ＴＵＢａｏ桘ｆｅｎｇ（１．SecondaryPowerDepartment

3、，NanjingEngineeringInstituteofAircraftSystems，AVIC，Nanjing２１１１０６，China；２．CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing２１００１６，China）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｌｅａｒａｎｃｅｗｉｄｔｈｓｏｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃｅｎ-

4、ｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｉｐｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗｗｉｌｌｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ，ｔｏｔａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｔｉｏａｎｄａｄｉａｂａｔｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅａｓｔｈｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｒｅｇｉｏｎｆｉｒｓｔｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｓｍａｌｌｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｗｉｄｔｈ，ａｎｄｗｉｌ

5、ｌｉｎｃｒｅａｓｅｅｗｉｔｈｌａｒｇｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｗｉｄｔｈ．Ｔｈｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｗｉｄｔｈｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Keywords：ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅ引言特点使得叶尖间隙区压力面和吸力面的压差更大，造成叶尖泄漏流十分明显，对压气机的性能和稳定性造因压气机中的转子是高速旋转部件，须留有一定成较大的影响。的叶尖间隙，防止转子

6、与机匣碰撞。自压气机面世至［４］殷明霞等对一台小型离心压气机的研究结果表今，转子叶尖间隙对压气机的影响一直是研究的热点。明，叶尖相对间隙由１．５４％增至４．６２％，总压比下降关于轴流压气机叶尖间隙的研究非常多，包括机１．７６％，级效率下降１．７４％，工作裕度减小１１％。匣处理、压气机失稳先兆等均与之相关。关于叶尖间［５］隙大小对轴流压气机性能和稳定性的影响，也有一些Ｙｏｎｇ的研究结果表明，进口叶尖相对间隙由［１］５．４％增至２６．８％，导致失速点流量系数减小４．８％，研究结论。Ｓｍｉｔｈ通过实验研究发现，在亚声速轴流［６］

7、压气机中，叶尖间隙与叶尖弦长的比值每增加１％，峰与殷明霞的研究结论并不一致。彭森等的研究结果值效率点的总压比就要下降５％。Ｆｕｊｉｔａ等［２］的研究表明，叶尖间隙大小与泄漏流动的强度密切相关，分流叶片的泄漏流动随着叶尖间隙的增大而增强。结果则表明，叶尖间隙与叶尖弦长的比值每增加１％，［２］本文以一台地面燃机上的离心压气机为研究对峰值效率下降０．３３％，稳定边界点流量增大［３］象，分析叶尖间隙大小对其性能和稳定性的影响，为下１．１７％。屠宝锋等的研究结果表明，叶尖间隙增大，一步的改进提供参考。总压比和效率均有不同程度的减小，

8、但是对于稳定边界的影响则并非单调，在０．４３４％叶尖间隙弦长比时稳定裕度最大。１研究对象及计算方法离心压气机具有转速高、单级压比高的特点，这些本文研究的小型高速离心压气机的离心叶轮，是收稿日期：２０１４－０４－２９修订日期：２０１４－０８－０２基金项目：教育部博士点基金项目资助（２０１１３２１８１２００