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        當前位置:問答庫>論文摘要

        題目:跨音風扇/壓氣機穩定性預測與擴穩機理研究

        關鍵詞:風扇/壓氣機,穩定性理論,機匣處理,等價分布源,環繞積分方法

          摘要

        從渦輪/風扇發動機誕生伊始,如何擴大其穩定性工作范圍就一直是人們努力追求的目標。為此,研究人員發展了各種各樣的穩定性模型來預測風扇/壓氣機失速起始點。然而,這些模型的共同點是針對不可壓流或亞音速流動的葉輪機械,無法研究跨音速條件下的現代渦輪/風扇發動機的穩定性問題,此外,研究風扇/壓氣機穩定性目的之一就是希望能夠發現擴大穩定性的措施,并且在解決工程實際問題中,設計人員的確可以憑借經驗設計出不同的壁面形式(機匣處理)從而擴大風扇/壓氣機的穩定工作裕度。但是,迄今尚未有一個葉輪機穩定性模型能夠清楚地解釋壁面條件改變對穩定性的影響。如今,這些問題已再次成為困擾高推重比現代航空發動機的研制工作的主要技術障礙之一。這是因為具有高負荷、高級壓比為特征的先進風扇/壓氣機將更難實現穩定性的設計指標。很顯然,發展現代跨音風扇/壓氣機相關的穩定性預測模型并尋找相應的擴穩方法是當前葉輪機械氣動熱力學研究中最重要的學術方向之一。因此,本文正是圍繞這些問題進行了相關的探索,具體所完成的主要工作如下:首先是發展一個三維跨音風扇/壓氣機穩定性模型,該模型可用于有多排葉柵的風扇/壓氣機的失速起始點的預測。模型使用了普通半激盤方法模擬亞音葉柵的作用,而對跨音葉柵,模型則利用改進的半激盤方法,使得跨音葉柵中的激波現象得以直接體現,而不是簡單的以激波損失的形式給出。因此,該模型不僅能夠預測亞音風扇/壓氣機的失速起始,而且更重要的是還能用于分析跨音風扇/壓氣機的穩定性問題。作為對模型的驗證,相應的數值計算結果與若干跨音轉子穩定性試驗結果進行了對比。其次,由于本文模型的三維性,使得考慮復雜幾何邊界條件成為可能。文中以等價分布源方法為基礎并結合穩定性方程,發展了一個能夠考慮背腔式機匣處理對穩定性影響的模型。等價分布源方法的特點是,由于在穩定性模型中不改變擾動波的徑向波數,因而保證了特征函數的正交性,這為模型的最后求解帶來了極大的方便,而此時機匣處理的影響可以方便地經由計算壁面的散射波來實現。通過對亞音和跨音壓氣機兩種條件下的計算結果深入分析,表明該模型能夠用來研究機匣處理結構參數對風扇/壓氣機穩定性的影響,因此它也能夠反過來幫助設計這種新型機匣處理的幾何參數。此外,求解風扇/壓氣機穩定性模型需要計算特征方程的根,計算精度完全取決于求解方法的好壞。而傳統的迭代法和微分方程方法很難滿足日益復雜的穩定性模型的數值計算要求。因而本文將復分析數值方法中最近才發展起來的環繞積分方法引入了壓氣機穩定性問題的計算研究工作之中。通過對一些典型問題的求解,例如聲學問題中特征波數的計算,結果表明該方法具有穩定和高效的求根能力。對風扇/壓氣機擾動波頻率的求解同時也表明,該方法確實能夠有效地計算以矩陣行列式形式給出的穩定性方程的特征值,從而為風扇/壓氣機穩定性數值計算提供了一條有效的途徑。本文最后一項工作是對周向槽道機匣處理的定常CFD模擬。與實驗結果的對比表明本文的CFD方法具有一定的精度,計算結果能夠捕捉機匣內復雜流動的特點。同時,相信通過這些對機匣處理內部流動的模擬將有助于進一步理解周向槽道機匣處理的流動特征和損失機理。

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