多级轴流压气机设计及其特性预估.pdf

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1、第1卷第’4期20lO年11月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．1No．4Nov．2010文章编号：1674—8190(2010)04—379一05多级轴流压气机设计及其特性预估于晴，刘波，赵鹏程(西北工业大学动力与能源学院．西安710072)摘要：基于大量的二元平面叶栅吹风实验数据关联结果。发展了一种适用于多级轴流压气机设计的计算程序，以具有实验数据的某跨音速两级轴流风扇为研究对象，采用在子午面上叶片排间隙中设置计算站的流线曲率法进行数值模拟，计算结果与实验数据进行对比，结果表明：模拟的结果

2、能够满足工程应用的需要，验证了该程序在设计多级轴流压气机的有效性。关键词：轴流压气机；流线曲率法；特性预估；子午面中图分类号：VZ31．3文献标识码：AD髑i驴andPerfo咖锄∞PredictionofMuIti-sta薛AxiaICompm渤rYuQing，LiuBo，ZhaoPengcheng(Sch00lofPowerandEnergy。NorthwesternPolytechnicalUnivefsity，Xi’an710072，China)Aht髓ct：Basedonthedatafromnumeroustwodimensionalcascadewi

3、ndtunnelexperiments，amulti—stageaxialcompressordesignprogramisdeveloped．Itaimedatthenumericalanalysisofatw0-stagetransonica)【ialfanusingstream“necurvaturemethodinordertoobtaintheperfomancecharacteristics．Thecalculationstationsaresetinthegapofbladerowsintheme“dianplane．Theresultsarecom

4、paredwiththeexperimentaldata．Itindicatesthatthesimulationcansatisfytheengineeringneeds．TheprogramiseffectiveforthedesignofmuIti．stageaxialcompressor．Keyw"凼：a)【ialcompressor，streamlirIecurvaturemethod；per

5、．ormanceprediction；meridiansurfaceO引言随着压气机设计技术的发展，全三维数值模拟技术已经取得了很大的进展，得到的流场信息详细，特

6、性预估可信度高，但模型建立复杂，计算量大，对计算机性能要求也高，主要应用于验证计算。采用流线曲率法求解完全径向平衡方程，对多级轴流压气机进行二维特性预估计算简单，周期短，精度高，完全能够满足工程应用。本文采用求解完全径向平衡方程的压气机设计程序，考虑了流线曲率和总熵、总焓的径向梯度，对某两级风扇进行了二维特性数值模拟，并与实验结果进行了比较，该实验结果是基于NASA公开发表的报告数据。计算表明：该程序在工程运用中的有效性及可靠性，对高推重比发动机压缩机设计[1]收稿日期：2010一07一06，修回日期：2010—09一06基金项目：航空基金APTD项目(2008z

7、B53015)资助’通信作者：于晴，yuqin9041596@163．com有重要意义。1模型方程与数值方法1．1毪利万程计算方法采用求解定常绝热无粘轴对称流动的流线曲率法，在叶片排前后间隙当中设置计算站，只考虑径向平衡方程，基于以上假设条件，控制方程如下：佐一吃=29c_，．r≥c，(T)dT一(诟一哆)一2』三鲁aR一29cJJ．：，T象aR+啦圪(鲁)。嘏㈣质量连续方程w一2√》尺敞㈣380航窄工程进展第1卷能量方程g。．厂(△Ht)2(c，△(R蜥)(3)式中：圪，垤，你，T，R，S，Z，W，J，(E，，lD，H。分别代表轴向速度、周向速度、径向速度、总温

8、、半径、熵、轴向长度、质量流量、变换因子、角速度、密度、滞止焓；下标歹表示参考流线；下标H表示轮毂；下标t表示叶尖。1．2损失模型将大量的二元平面叶栅吹风实验数据关联起来，可以得到不同叶栅气流参数的通用关系，通过使用相关联的叶型损失数据。其叶型损失系数与叶根截面、叶中截面和叶尖截面扩散因子相关。在计算过程中，绝热效率的计算是以叶型总压损失系数砩和激波总压损失系数面。之和作为总压损失系数≯2‘5]，如式(8)所示，迭代计算直至收敛。叶型的总压损失系数砩可以利用已有的叶根截面、叶中截面和叶尖截面与扩散因子相关联的损失实验数据，通过环形内插法求得掣：，(D)(4)厶盯式

9、中：岛，口