多级轴流压气机级间匹配特性研究

Ｚ
流模型 ， 使 用 一 阶精 度 迎 风格 式 求 解 含有 粘 性 做 功
项 的总 能方 程 。采 用理想 气 体作 为工 质 ， 恒定 转速 ，
（ ｂ ）总 压 升
图 ２三种不 同数 目网格计算 的无 因次性能 曲线
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｄｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｓ ｈ ｅ ｓ
压 气 机 匹配 问题 的关 键 。 曲爱 民 对某 １ １ 级轴 流 压
气 机 进 行 了 三维 流 场 分 析 ， 得 出 了各 级 反动 度 和 总
对Ｙ 要 求 较高 ， 需 要最 内层 网格厚 度较 小 ， 同时 由于
计 算资 源有 限 ， 需要 控制 网格 总数 ， 这就 使得 壁面 处 的 网格长 宽 比很 难 控 制 在 １ ０ ０ ０ 以下 。长 宽 比超 过
压 比的分布 曲线 。马聪慧等ｎ 叫 使用三维粘性数值模 拟 方法 ， 对 某 大流量 轴 流压气 机 进行 了计 算研 究 ， 并 分 析 了该压 气 机 加 功量 、 绝 热效 率 、 压 比、 反 力 度 等
参 数 在 各 级 的分 布 情况 ， 及 大流 量 多 级轴 流 压 气 机 的设计 特 点 。 随着 大 小 叶 片转 子 技 术 的不 断 成 熟 ， 大 小 叶 片 转 子逐 步 应 用 到多级 轴 流 压气 机 中ｎ ” 。由于 大 小
的分 布进 行 了研究 。２ ０ ０ ８ 年， Ｓ ｏ ｈ ａ ｎ ｉ 等ｍ 基 于遗传 算
法， 对 多 级压 气机 中流量 系数 、 总压 比和 效率 在各 级 的分 布进 行 了优化 研 究 。 国内方 面 ， 邹 正 平 等嘲 指 出， 多级 压 气 机 匹配 是
一
个 叶轮 机设 计 难 题 ， 在 设 计 之初 就 把 非设 计 状 态
１ ０ ０ ０的 网格 主要 集 中 在 叶 片 、 机 匣 和 轮 毂 等 壁 面
处， 壁 面处 流 动参 数 在垂 直 壁 面方 向 的变化 最 为 明 显， 而在 平 行壁 面方 向 的变化 相对要 小许 多 ， 因而 壁 面 处 的 网格 长 宽 比较 大 对计 算 结果 的影 响较 小 ， 因 此 以上 网格 质量 可保 证计算 结 果 的准确 性 。
第２ ７ 卷
燃 气 涡 轮 试 验 与 研 究
７
轴 向 速度 沿 级 分 布进 行 了研 究 。１ ９ ９ ２ 年， Ｓ ｍｅ ｄ 等 对两 种不 同型号 多级 压气 机各 级做 功系 数在 各级 中
固壁 绝热无 滑 移 。
通过调整周向、 轴 向 和展 向三个 方 向上 的 网格 层数 ， 绘制 出三 种不 同数 目（ 约５ ０ ０ 万、 ７ ０ ０ 万和 ｉ ０ ０ ０ 万） 的 网格 进 行 数 值 计 算 ， 结果如 图２ 所 示 。可 见 ， 计 算 结 果不 随 网格数 目的 变化 而 改 变 ， 三 种 网格 计 算 结 果 基本 一 致 。在计 算 资 源允 许 的前 提 下 ， 为 获
进 口给定 总温 、 总压 和 气 流角 ， 出 口给 定 平均 静 压 ，
沙心国等 ： 多 级 轴 流 压 气 机 级 间 匹配 特 性 研 究
第１ 期
数， 为选定 的基 准参 数） 。
互
＿ 口
采用 Ｃ Ｆ Ｄ软 件 Ａ Ｎ 百度文库 ＹＳ Ｃ Ｆ Ｘ对 多 级 轴 流 压 气 机
量
０
进 行 模 拟 。 由结 构 化 网格 生 成 软 件 Ａ ｕ ｔ ｏ ｇ ｒ ｉ ｄ ５ 进 行 网格 绘 制 ， 常规 叶片 通 道采 用 Ｈ— Ｏ — Ｈ型 网格 ， 大 小
叶片 转子 通 道 采用 Ｈ — Ｉ 型 网格 。采 用 Ｓ Ｓ Ｔ 二 方 程 湍
的设 计 过程 ， 对其 多 种设 计方 案进 行计 算分 析 ， 来研
究 多 级轴 流压 气 机 的级 间匹 配规 律 ； 并 通 过 与 另外
一
台级 数相 当的低 负荷轴 流 压气 机 的级 间匹配 特性
进 行对 比 ， 来研 究 大 小 叶 片转 子 对 多级 轴 流压 气 机
级 间 匹配规 律 的影 响 。
得 更 加 详 细 的 内部 流场 信 息 ， 本文选用 １ ０ ０ ０ 万 的
网 格 进行 计 算 。 网 格 最 小 正交 性 大 于 １ ０ 。 ， 最 大 延 展 比控 制在 ５以下 。 由于 计算 采 用 的 Ｓ Ｓ Ｔ湍流 模 型
下影 响级 间 匹 配 的主 要 因 素考 虑 在 内 ， 是解 决 多 级
２ 研 究对 象 和计 算 方 法
研究 对 象为 带前 置导 叶 的一 台高 负荷八 级 轴流
压气 机 ， 其最 后 两级使 用 大小 叶片 转子 ， 计算 模 型如
图 １ 所示。
０ ． ９ ４
０． ９ ５
０ ． ９ ６
０ ． ９ ７
０． ９８
Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｍａ ｓ ｓ ｌｏ ｆ ｗ
（ ａ ）绝 热 效 率
尝
盘
进 口导 叶 Ｒ１ Ｓ １ Ｒ ２ Ｓ ２ Ｒ ３ ｓ ３ Ｒ ４， ５ ４ Ｒ ５ Ｓ ５ Ｒ ６ ５ ６ Ｒ ７ Ｓ ７ Ｒ ８ Ｓ ８
爱 器
图 １计算模型示意 图
Ｆｉ ｇ ． １ Ｄｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄｅ ｌ
叶片转 子 具有 单级 压 比高 、 失 速裕 度 大 的特点 ， 在 多
级 轴流 压气 机 中使 用必然 会 对压 气机 的级 间 匹配特 性 带来 影 响 。本 文 结合 一 台高负 荷多 级轴 流压 气 机
３ 级 间 匹 配特 性 分 析
本 文参 数 的无量 纲 化方 法 为 ： ＝ 舢 。 为参