小型斜流压气机流场特性及损失分析

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1、第42卷第4期2012年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．4Jul．2012小型斜流压气机流场特性及损失分析赵艳．刘波(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：采用数值模拟的方法研究了某小型斜流压气机内部三维流动，分别对设计转速和80％设计转速进行了数值模拟计算。分析了在两种转速下的特性曲线，研究了气流的流动状态，归纳总结了造成斜流压气机损失的主要原因。结果表明，在设计转速时达到的最高效率约为0．63，在80％转速下能这到的最高效率约为0．80；斜流

2、压气机的损失在斜流叶轮上和轴向扩压器上均较为明显，且在第二级轴向扩压器上的损失最为严重。关键词：斜流压气机；数值模拟；流场；流动损失中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)04．0035．04AerodynamicCharacteristicsandLossAnalysisofaSmallMixed—flowCompressorZHAOYan，LIUBo(SchoolQ厂PowerandEnergy，NorthwesternP01)嘻echnicalUniversity，Xi7art7100

3、72，China)Abstract：Asmallmixed—flowcompressorisinvestigatedbyusingthemethodofnumericalsimulation．Boththedesignedspeedandthe80％一designedspeedarecalculated．Andthecharacteristiccurvesandtheairflowflowingstatearestudied．Furthermore，concludethemainreasonsofthelossinthemi

4、xedflowcompressor．Resultsshowthatpeakefficiencyatthedesigned—speedis0．63，while，itis0．80atthe80％designed—speed；thelossofthecompressorisevidentinboththeimpellerandtheaxialdiffuses，especial—lyinthesecondaxialdiffuse．Keywords：mixed—flowcompressor；numericalsimulation；fl

5、owfield；flowloss引言斜流压气机兼有轴流压气机的小迎风面积、高效率特性及离心压气机的单级压比高、工作稳定性好的特点，且在同样的增压比情况下，其迎风面积比离心压气机要小，因此在中小功率发动机中用高压比、高效率的斜流压气机级替代轴流级或离心机，已成为当前航空发动机设计中的一个热点，国内外研究者们也对斜流压气机进行了大量的研究¨。1。斜流叶轮内部流动是一种介于轴流式和离心式的中间状态，沿着锥形流面的流动，气流在三个方向的速度分量大小相差不大，具有显著的三元流动特性。与离心压气机相比，斜流叶轮出口处的气流没有急剧的90

6、0拐弯，气流流动情况较好，且由于子午面加速流动和离心效果，斜流压气机有着良好的低流量特性H。。但是在斜流压气机中，激波损失、叶尖泄漏损失，以及激波与边界层、激波与叶尖泄流漏相互作用的损失急剧增加，这些都会导致叶轮效率急剧下降口】。l计算网格及数值计算参数本文采用NUMECA商业软件对某单级斜流压气机内部三维流场进行了数值模拟研究。该斜流压气机的组成为：第一排为进口导流叶片，第二排为斜流转子叶片，第三排和第四排为轴向扩压器。各排叶片数目为：进口导流叶片6、斜流转子叶片18，后面两排的轴向扩压器分别为30和40。本文计算网格使用

7、NUMECA软件生成，网格总数约为150万个。计算中介质为理想大气，湍流模型采用Spalart．Allmars模型，空间离散采用中心差分格式，时间项采用四阶Runge．Kutta方法迭代求解，CFL数取3．0，同时采用隐式残差光顺方法以及多重网格加速收敛技术。分别对转速为28800r／rain和36000r／min进行了数值模拟计算，各个工况下进口边界条件相同，即：进口给定总压为175000Pa，总温为340K，即根据计算给定了风扇出口的平均值，通过改变出口的平均背压来得到同一转速下不同工况特性及7流场参数分布。同时轮毂、叶

8、片、机匣等固壁上给定绝收稿日期：2012—05—08基金项目：国家自然科学基金项目资助(50976093)作者简介：赵艳(1986一)，女，壮族，河北唐山人，硕士研究生，主要研究方向为叶轮机械气动热力学。·36·航空计算技术第42卷第4期热无滑移边界条件。当改变给定出口静压数值计算结果不收