两级压气机数值模拟与性能分析

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1、第56卷第2期汽轮机技术V01．56No．22014年4月TURBINETECHNOLOGYApr．2014两级压气机数值模拟及性能分析陈冬石(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：为了深入了解某多级轴流压气机的中间两级的内部流场及气动性能，为进一步的优化设计提供数据支持，利用商用软件Numeca对其进行了全三维数值模拟及详细的气动性能评估和流场分析。结果表明：该两级压气机具有良好的气动特性。关键词：两级压气机；气动性能；效率；数值模拟分类号：TK474．81文献标识码：A文章编号：

2、1001-5884(2014)02-0081-03NumericalSimulationandPerformanceAnalysisofTwoStageCompressorCHENDong．shi(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Inordertounderstandtheinternalflowfieldandaerodynamicperformanceofthetwomiddlestageofsomemulti-st

3、ageaxialcompressor，andprovidedatasupporttofurtheroptimizedesign，thefullthree—dimensionalnumericalsimulationanddetailedaerodynamicperformanceassessmentandflowfieldanalysiswascarriedoutbyusingthecommercialsoftwareNumeca．Theresultsshowedthat：thetwostageco

4、mpressorhasgoodaerodynamicproperties．Keywords：twostagecompressor；aerodynamicperformance；eficiency；numericalsimulation0前言1数值方法燃气轮机的发展具有技术难度大、耗时长、风险大、费用两级压气机各叶片排的计算网格采用NUMECA的Au—高的特点。压气机为燃气轮机的重要部件，其性能好坏直接toGrid模块分别生成，并设定连接面得方式连接整体的计算决定燃气轮机的功率及效率，大力发展的重型燃

5、气轮机对压网格。4排叶片具有不同的网格径向节点数和网格数(见表气机的性能提出了高转速、高通流能力、高效率、高压比及较1)，两级压气机共包括2256930个节点。高的安全性和经济性等方面的高要求⋯。要提高压气机的表1各网格块的网格点分布气动性能，必须研究其内部流动规律，通过通流部分的优化设计J，有效地提高其流动效率。因此发展先进的气动力学技术，对压气机内部流动进行深入研究，是提高其设计水平的关键。随着计算机技术的发展和数值模拟方法的进步，流场数值模拟技术在叶轮机械的研制中得到了广泛的应用。1972年，

6、Denton首次通过数值计算得到了叶轮机械的三维定常流场解，开辟了全三维叶轮机械流场求解的新领域。20世纪计算网格如图1所示。为了保证计算的准确性和收敛80年代开始，大量基于求解全三维N—S方程的求解程序开的速度，必须保证网格的质量。选取Y值为3，通过计算，第始出现，比较著名的有Dawes[，Hah[，Arnone[，宁方飞。一层网格长度选取为3×10～m。等。三维黏性数值模拟为叶轮机械气动力学的研究及叶轮采用三维N—S方程求解程序Fine／Turbo，动静交界面机械的工程设计提供了一种先进的手段。

7、采用混合平面模型。为了进一步提高收敛速度，采用多重网本文进行了某多级轴流压气机中间两级的三维数值模格方法和局部时间步长法。湍流模型选取Spalart—Allmaras拟与分析，在研究中采用的商用软件为三维黏性流场计算软(S—A)一方程模型。在压气机进口给定总压为448120Pa，件NUMECA，该计算软件集前处理、流场计算和后处理为一总温为463．2K，绝对进口气流角为17．5。，在出口处考虑径向场的计算。平衡方程，给定中径处静压值，静压从40000Pa提高至收稿日期：2013—12-26作者简介：

8、陈冬石(1971．)，男，硕士，高级工程师。现主要从事汽轮机开发设计工作。第2期陈冬石：两级压气机数值模拟及性能分析83DDpv。／O：,g／(s·rag))第7级动叶(第7级静叶(矗)密流(6)密流系数图8密流和密流系数沿叶高的分布别为进口平均密度和平均轴向速度。从图中可以看到，随着叶高的增加，第7级动叶的进出口的密流沿着整个叶高，基本保持不变。而在第8级动叶进出口密流沿叶高的变化较第7级要大一些，但是，沿着整个叶高其变化也不剧烈，也保持着较高的密流。从密流系数上来