非均匀速度入流的径流式扩压器流动机理研究
离心叶轮出口流速沿展向存在明显的差异，使得下游的扩压器内部流动结构复杂，扩压器性能恶化和工作范围变窄，严重制约了离心压气机性能的提升。为了掌握叶轮出口流动对扩压器内部流场的影响机理并提出相应解决方案，本文对展向速度线性分布的入流下扩压器的性能和流场结构展开了研究，主要包括以下内容： 1.研究了进口延伸段内气流角变化规律及对扩压器流动的影响，建立了其长度的确定方法 研究了无叶延伸段内流动发展，其附面层流体流经边界条件引起的顺压梯度和通道扩张的逆压梯度，气流角先减小后增大；主流内气流角先略增后在附面层增长的影响下减小，从径向速度和周向速度两方面对气流角变化原因进行详尽分析。研究发现附面层内过大的气流角会使下游叶片扩压器通道内产生强烈的二次流引发分离。结合工作状态和结构尺寸及下游叶片对无叶延伸段气流角的影响的研究，建立了具有通用性的延伸段长度确定方法。 2.揭示来流速度沿展向线性分布造成扩压器性能恶化和流动结构变化的机理并试验验证 对均匀与非均匀入流情况下叶片式扩压器的性能和内部细致流动进行数值计算与分析，研究了来流沿展向速度非均匀分布对叶片扩压器性能和流动特征的影响，通过压力梯度的对比分析得出流动结构变化的机理，并设计单侧扩张通道试验系统，试验验证流动机理分析的正确性。来流非均匀时，扩压器展向各个流面间相互影响，压力分布趋向进口马赫数为展向平均值的流层，低马赫数入流层以较低的动能承受相对更高的压力阻力，其叶背产生新的流动分离特征，严重的分离堵塞使得扩压器性能变差，扩压程度下降近4％，损失增加约0.7%。 3.探索适应展向速度非均匀的入流的掠形叶片，并分析性能提高的原理 提出后掠型叶片扩压器的设计方法，对不同掠角的后掠型叶片扩压器性能数值模拟，通过对比分析直叶片和掠叶片扩压器性能和流场结构，得出掠形状可以使叶片前缘加速情况发生变化，改变流动初始最大逆压力梯度值，流动因此更加容易。 4.设计了全环形径流扩压器试验台，为开展后续实验工作建立基础 设计全环径流叶片扩压器试验台，采用静止的预旋叶片代替叶轮并证明其可行性，对试验各部件的连接方式和性能测量方法进行介绍。
离心压气机;扩压器;流动机理;航空发动机;流场结构
南京航空航天大学
硕士
航空宇航推进理论与工程
黄国平
2014
中文
V231.3;V235.113
94
2016-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）