风扇/压气机内外涵分流比特性及分流环效应研究

摘要

涡扇发动机风扇/压气机部件的性能预估方法，是发动机设计体系中一项重要的技术；分流环在风扇/压气机中处于一个非常关键的位置，它的形状特征对风扇/压气机的性能必然会产生影响。然而，对于这一影响的大小和规律的预估，在国内外却一直是一个有待于深入探索的问题。从可以得到的资料来看，在现有性能预估方法中，对分流环效应的研究，还有必要进一步加强，通过对这个问题的研究，可以改善现有的特性预估方法。因而，在对分流环的影响给予更准确估计的条件下展开任意分流比的风扇/压气机特性研究，摸清分流环的形状特征对压气机流场与特性的影响机理，进而提出通过调整分流环来改善流场的方法，不但具有相当的理论意义，而且具有一定的工程实用价值。 本文就这一问题进行了富有探索性的研究。首先采用奇点分布法和紊流边界层简化计算来分析分流环端部区域的流场，然后采用辅以壁面堵塞修正的S<,2>流面流线曲率法，发展了适用于任意分流比的预估计算程序；使用此程序来进行风扇/压气机的性能预估计算，得到的特性线是合理的，其趋势符合常规的分布规律；通过不同方式调整初始参数，进行多次的预估计算，总结出一些总流量与分流比的变化对风扇/压气机性能的影响规律；通过与成熟的三维计算程序进行预估结果对比，证明了该程序的预估准确程度可以满足工程实际的需要，可以作为风扇/压气机设计中的有效辅助工具。在进一步的工作中，通过理论分析，提出了对分流环形状特征进行调节以改善压气机性能的方法；通过数值计算对这些方法进行了验证，计算结果证明这种方法确实明显扩宽了其稳定工作范围，并使稳定工作范围内的特性线趋于平缓。研究同时发现，这种调节使压气机的设计工作点产生了一定的偏移，同时压气机最高压比效率有小幅下降，推断这可能是由于这种调节未与整台压气机的特征匹配起来，这为我们下一步的研究提供了目标。 本文有针对性的研究工作，为提高准三维风扇／压气机特性预估方法的合理性与准确性提供了一个有价值的新方法，总结出了一些分流环对风扇/压气机内部流场的影响机理，提出并验证了调节其形状特征的方法，可以为以后的风扇/压气机的设计提供有益的借鉴。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2风扇/压气机特性

1.3风扇/压气机性能预估计算技术

1.4风扇/压气机性能预估计算技术的发展与现状

1.5本文的关注点与主要工作

1.5.1风扇/压气机分流环与流量、分流比的影响

1.5.2本文主要工作内容

第二章风扇/压气机性能计算的数学模型与算法

2.1引言

2.2基本假设与已知条件

2.3方程组与主方程求解

2.3.1绝对与相对坐标系中的原方程

2.3.2化为S2流面迭代求解的形式并求解

2.4流场求解步骤

2.5用于基元叶栅计算的损失模型与落后角模型

2.5.1基元叶栅几何参数说明

2.5.2基元叶栅损失分析-损失模型概述

2.5.3基元叶栅落后角及相对出气角的确定

2.6端壁附面层的计算

2.7小结

第三章分析分流环对风扇/压气机性能影响的计算模型

3.1引言

3.2分流环端部势流场分析方法

3.2.1分析方法的计算与研究

3.2.2分流环端部势流场分析方法

3.3紊流边界层计算方法与流程

3.4小结

第四章风扇/压气机性能预估计算与程序验证

4.1引言

4.2风扇/压气机性能预估研究

4.3 S2程序与三维计算程序特性预估对比

4.4小结

第五章应用叶栅调节的原理改善分流环性能的研究

5.1引言

5.2通过改变分流环形状特征改善压气机性能的研究

5.2.1改变分流环端部中弧线形状的研究

5.2.2改善分流环厚度分布的研究

5.3小结

第六章结论及展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

读研期间发表文章情况及所获奖励

致谢