多级轴流压气机失速特性分析.pdf

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1、第５９卷第４期汽轮机技术Vol.５９No.４２０17年８月TURBINETECHNOLOGYAug.２０17多级轴流压气机失速特性分析邹恺恺1，余又红1，２，贺1星（1海军工程大学动力工程学院，武汉４3００33；２舰船动力军队重点实验室，武汉４3００33）摘要：为了对某九级低压压气机的低工况性能进行改进和优化，分析压气机在低工况下的特性是必要的。采用三维黏性数值模拟方法对非设计工况进行了计算，根据压气机在近失速状态下的级特性，详细分析了第一级、第二级和末级的流场特性。结果表明：第一级转子扩压负荷过大，顶部发生了突尖

2、波失速，是造成压气机不稳定运行的主要原因，且使下游的进气条件变差，导致第二级叶片顶部发生流动分离；末级静子扩压负荷较大，静子通道涡造成的漩涡耗散损失使末级的绝热效率低下。关键词：低压压气机；数值计算；失速；级特性；三维流场分类号：TK４7２文献标识码：A文章编号：1００1-５８８４（２０17）０４-０２４８-０3PerformanceAnalysisofMultistageAxialCompressoratStallConditions11，２1ZOUKai-kai，YUYou-hong，HEXing（1Colle

3、geofPowerEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan４3００33，China；２KeyLaboratoryofMarinePower，Wuhan４3００33，China）Abstract：Inordertoimproveandoptimizethelow-conditionperformanceofanine-stageaxiallow-compressor，analyzingitsflow-fieldisprerequisite.Athree-dimens

4、ionalviscousnumericalsimulationwasconductedtocalculatetheinternalflowofthecompressoratoff-designcondition.Basedonthestageperformanceofthecompressor，flowcharacteristicofthefirststage，thesecondstageandthelaststagewasanalyzedindetailed.Theresultsshowthat，underhig

5、hdiffusionload，aspikeprecursorstalloccurredattopofrotorofthefirststage，whichwastheprimarycauseforthecompressor＇sinstability.Attopofbladesofthesecondstageflowseparationtookplacebecauseofthepoorinletcondition.Passagevortexofstatorofthelaststagedecreasedthestage-

6、isentropicefficiency.Keywords：low-pressurecompressor；numericalcalculation；stall；stagecharacteristic；3Dflowfield研究对象为某型燃气轮机的低压压气机部件，图1为该０前言压气机子午面流道示意图，图中IGV表示进口可转导叶，R1～R９表示转子1～９，S1～S９表示静子1～９。现代燃机的发展要求压气机在非设计工况同样有良好的稳定性和较高的性能，这就需要对非设计工况尤其是低工况下近喘振点的流动机理进行分析，以便有针对

7、性地对压气机进行改进和优化。鉴于多级压气机的整机试验费用十分昂贵，采用数值模拟进行特性分析不失为一种经济、可行的办法。随着计算流体力学的发展，叶轮机械内部流场三维黏图1压气机子午面流道示意图性数值模拟技术已被广泛采用，为压气机的设计和改良做出1.２数值计算方法了巨大贡献[1－6]。本文对某型燃机低压压气机的８０％设计计算网格由商业流体力学计算软件FINE／Turbo的前处转速工况进行了CFD三维黏性数值模拟，得到了其在近失理模块AutoGrid５生成。其中，叶片表面使用O型结构化网速状态下的级特性和流场特性，并结合

8、级特性和流场特性对格，近壁面网格进行局部加密，固体壁面表面第一层网格满足＋某些级级效率低下的原因进行了详细分析，为后续改善和优y＜1０。通过网格依赖性研究，最终选择的单通道网格化提供了一定的方向和参考。总数大约８００万，网格最小正交角为17.77°、最大长宽比２２16.４、最大延展比４.２。1研究对象和计算方法计算求解由FINE模块中的Euranus求解器完