具有分流叶片跨声速离心叶轮内部流动的数值研究

摘要

随着可持续发展政策的提出，具有运行效率高、进出口压比高和稳定工作范围大等优点的离心压缩机广泛应用于涡轮增压和涡轮发动机中。作为核心部件，叶轮的性能直接决定了离心压缩机的性能。对跨声速离心叶轮，叶顶间隙流、激波和边界层流动引起的流动损失逐渐成为关注的焦点，间隙泄漏涡流、二次流、边界层流及激波之间的相互作用对叶轮出口流场和压缩机气动性能的影响也更为复杂。为明确具有分流叶片的跨声速离心叶轮的间隙涡流和激波对气动性能的影响，本文采用数值计算方法，分析了具有分流叶片的跨声速离心叶轮的性能参数随工况和间隙的变化规律，并利用激波基本关系式，对流场中激波进行了判定和评估。
　　对具有分流叶片的典型跨声速离心叶轮进行气动性能的数值计算和对比分析，结果表明：叶顶间隙导致叶轮性能下降，间隙和流量的增大，均使主叶片吸力面压力突变位置向流道下游发展，同时压力面的压力波动增大；流量越大，叶片载荷分布越不均匀；激波首先发生于主叶片前缘处；在流道下游形成流动低速区，并随流量的增大向下游的主叶片压力面发展；间隙内泄漏量受叶顶载荷和当地激波的双重影响。
　　采用激波基本关系式对流动信息进行分析，判定和评估了有分流叶片跨声速离心叶轮内部的激波特征。确定在分流叶片前缘、主叶片前缘、主叶片吸力面和分流叶片压力面之间三处位置易产生激波，其中分流叶片前缘的激波损失最大；相对于闭式叶轮，半开式叶轮大流量工况在分流叶片前缘处出现间断的激波面，设计工况激波面位置更靠近下游；相同间隙下随着流量减小，激波位置向上游移动。
　　本文研究为明确跨声速离心叶轮内部流动规律进行了有益探索，对跨声速叶轮气动设计及应用具有重要的指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

字母注释表

第一章 绪论

1.1离心压缩机的发展

1.2间隙对离心式压缩机的影响

1.3跨声速离心式压缩机的研究

1.4本文主要工作

第二章 离心叶轮内部流动的数值模拟

2.1流动基本方程

2.2湍流方程

2.3标准k-ε两方程模型

2.4离心压缩机性能参数

2.5本章小结

第三章 激波理论

3.1激波基本关系式

3.2激波厚度及数学模型

3.3激波能量损失

3.4激波判定思路

3.5本章小结

第四章 典型跨声速离心叶轮的数值模拟

4.1计算模型与数值方法

4.2数值模拟方法

4.3网格独立性检验及实验对比

4.4结果分析

4.5本章小结

第五章 激波的判定和评估

5.1激波确证

5.2变间隙下的激波特征

5.3变工况下的激波特征

5.4激波能量损失

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢