一、梯状尖部间隙机匣处理对轴流压气机性能影响的实验研究（论文文献综述）
朱伟[1]（2020）在《低反力度跨声速压气机转子间隙流动及其控制的数值研究》文中认为现代航空发动机的进一步发展对压气机负荷和效率提出了更高的要求,低反力度压气机作为一种能够保证高效流动及高增压比的新技术,对于改善航空发动机压缩系统性能具有重要意义。叶顶间隙流对压气机的总体性能和内部流动稳定性具有显着影响,但目前对低反力度压气机间隙流动结构的认识仍不完善,内部流动机理亟待探究。本文以课题组前期设计的某三级低反力度高负荷压气机的首级转子为研究对象,针对低反力度跨声速转子叶顶间隙流动的机理和控制问题展开详细的数值模拟研究。主要的研究内容和结论如下:首先,本文研究了叶顶间隙流对低反力度跨声速转子宏观特性的影响。由于间隙尺寸是决定叶顶间隙流最直接的几何参数,因而对不同间隙尺寸下的流场进行了全工况数值模拟。研究发现,间隙流是导致转子气动性能降低的主要原因,随着间隙尺寸的增大,转子的堵塞流量减小,总压比和效率在整个流量范围内均有降低,但稳定工作范围呈现先增大后减小的变化趋势。其次,为了完善对低反力度跨声速转子叶尖区域流动机理的认识,采用多通道非定常数值模拟方法深入考察了不同间隙尺寸下激波/泄漏涡干涉、泄漏涡非定常波动、预失速状态等微观特性的变化。结果表明,低反力度压气机的失速源位于叶尖区域,不同间隙尺寸下,转子的失速机制不同。小间隙尺寸下,激波/附面层干涉在吸力面-机匣角区形成的大范围堵塞是促使压气机失速的主要原因。而在大间隙尺寸下,激波/泄漏涡干涉作用导致了涡破碎的发生,并在叶尖区域形成跨通道的旋转扰动结构,涡破碎现象加剧了叶尖流场的恶化,最终引发压气机失速。在上述研究基础上,为有效抑制间隙流或泄漏涡的形成,从而提高压气机的气动性能,本文引入了弯叶片技术用于减小间隙流的影响效果。本文针对周向弯曲和弦法向弯曲两种弯曲形式开展了一系列参数化研究,通过对比分析原型和弯曲叶片的流场特性,得到了几何造型参数对流场结构和性能参数的影响规律。研究发现,较大幅度的负弯角和较低的弯高更有助于削弱主泄漏强度,从而减弱激波/泄漏涡干涉,降低叶尖区域的泄漏损失和激波损失。两种弯曲形式下转子的特性线和流场结构呈现不同的特点。与弦法向弯曲相比,周向弯曲可以在保证转子通流能力的同时,提高总压比和效率。此外,周向弯曲对主泄漏涡强度和激波位置的控制效果更明显,减弱吸力面角区低能流体堆积的作用也更强。因此,在低反力度跨声速转子的气动设计中,推荐使用周向反弯,可以在满足强度要求的前提下选择较大幅度的弯角和较低的弯高。最后,考虑到几何高度复杂的三维叶片可能存在颤振和强度问题,本文开展了周向槽机匣处理对低反力度转子间隙流动的控制研究。通过在一定范围内改变周向槽的位置、深度和覆盖范围生成了一系列周向槽构型,采用数值模拟的手段快速评估了不同构型的性能,详细分析了几何设计参数对叶尖流场的影响规律,得出了周向槽机匣处理在低反力度压气机背景下的设计准则。结果表明,当周向槽位于前40%轴向弦长范围内时,周向单槽可以在不损失效率的前提下扩大转子的稳定工作范围。槽深的变化仅在0%和10%轴向位置对失速裕度有显着影响,失速裕度的最大增幅达6%。前缘至30%轴向位置范围内槽深的增加不利于效率的提升;30%轴向位置至尾缘范围内,槽深对峰值效率的影响不明显。此外,周向多槽的布局方式既有效控制了叶尖泄漏涡的产生和发展,同时也缓解了叶尖区域的流动堵塞。周向槽破坏了间隙流动的形成机制,显着提升了转子的总体性能,延缓了由间隙流动引起的压气机失速。
冯铄轩[2]（2020）在《不同叶尖几何形状对压气机转子性能影响的数值研究》文中研究表明现代航空发动机正向着高效率、高推重比以及宽失速裕度方向发展,使得压气机需要在高效率、高压比以及高稳定工况下工作。大量研究表明,转子叶片吸力面分离流动和转子叶尖泄漏流会严重影响到压气机的性能。因此,如何有效地控制压气机内部流动分离现象以及消减泄漏涡是提升航空燃气轮机的性能的重要研究方向。本文对某低速压气机转子叶片叶尖部分几何形状进行改变,针对叶片吸力面侧易出现的流动分离现象以及叶顶泄漏流动进行研究。所研究的具体方面如下:首先,本文对某低速压气机转子叶片做从吸力面向压力面开槽处理,进行了一系列不同方案的数值研究,分析该开槽结构对转子气动性能以及内部流场的影响。研究表明,开槽方案能够有效提高压气机在最高效率工况以及近失速工况下的压比。气流由于压力面到吸力面的压差作用流经开槽结构能够有效将叶尖部分吸力面附面层延缓以及吹除,增大气流折转能力。同时,开槽结构改变了叶尖表面的静压分布,使叶栅前段、后段的负荷增大。流经开槽结构的气流还能够对出口至尾缘的气流产生加速的效果,从而提高了这个区域内的气流承受逆压梯度的能力,增大通流能力。叶尖开槽可以有效削弱泄漏涡强度。随后,本文从开槽的基础上对转子叶尖部分进一步改型,将原转子叶尖部分做开叉处理,进行不同参数的数值研究,分析开叉结构对转子气动性能有何影响,能否有效控制流动分离现象。研究表明,开叉结构没有提高转子压比以及效率。开叉结构能够使气流经过叶顶后排叶片时,附面层重新发展从而有效控制流动分离现象,但是,随着开叉范围增加,会在后排开叉叶片吸力面出现新的流动分离。同时,开叉结构增大了叶顶泄漏,从而损失增加。开叉结构还会使得叶片通道出现较大低速区,影响转子叶尖的通流能力。
王佳奇[3]（2019）在《跨声速压气机转子叶尖间隙流动研究》文中提出航空发动机中压气机的稳定工作对发动整体性能具有至关重要的影响。压气机的喘振和失速等不稳定现象会降低发动机的使用寿命、甚至造成严重损坏,是发动机最具危害的故障之一。机匣处理是一种结构简单、便于制造、效果明显的提高压气机稳定性的技术,在航空发动机压气机中具有广泛的应用。本文在轴流跨声速压气机Stage35的基础上,根据前人的相关研究,设计了三种不同槽数的周向槽处理机匣,通过数值模拟方法,定常计算了多种工况下的压气机工作,验证了仿真模拟和试验结果的一致性。通过对比原型机匣和周向槽处理机匣的压气机叶尖间隙流场变化,分析了泄漏涡和激波的作用机理,讨论了泄漏涡破碎对压气机稳定性的影响,探究了机匣处理扩大压气机稳定裕度的主要原因。通过数值模拟得到如下结论:跨声速轴流压气机失速的主要原因是叶尖失速,叶尖泄漏涡破碎和叶片尾缘附近边界层分离导致的低速流团堵塞叶栅通道是引起叶尖失速的直接成因;周向槽结构可以抽吸或吹散叶尖通道中的低速流团,使泄漏涡破碎造成的堵塞区减小或消除,抑制了边界层的分离,强化了叶尖通道的流通能力,使失速发生的可能变小,促使压气机转子叶尖流场稳定裕度增大;采用周向槽处理机匣有效地扩大Stage35单级稳定工作范围,在所采用周向槽结构中,随着周向槽数目增多,扩稳效果逐渐增强;最靠近叶片前缘的周向槽在减小低速流团的面积、增强槽内流体与主流的交换越能力方面起到最主要的作用。
石凯凯[4]（2019）在《跨声速轴流压气机自循环机匣处理的数值研究》文中进行了进一步梳理随着航空工业的快速发展,燃气轮机的制造与设计水平已经成为了一个国家工业水平、军事实力、以及综合国力的重要体现之一。其中压气机作为燃气轮机中的重要部件,对燃气轮机的总体性能起着关键的作用。对于压气机来说,提高其失速裕度一直是燃气轮机设计中的重要内容。相较于传统的端壁处理技术,自循环机匣处理具有提升压气机失速裕度的同时不降低压气机效率的优势。本文研究以跨声速压气机Stage37为研究对象,首先利用数值模拟手段探究了 Stage 37的不同工况下的流动规律和引发失速的关键因素,在此基础上探究了离散式自循环机匣处理的作用机理以及不同的喷气位置对压气机性能的影响。接着本文针对不同形式的全周式自循环机匣处理对压气机叶尖区域流动的影响开展了一系列的研究工作,设计出了具有良好扩稳能力的全周式自循环机匣处理,为全周自循环机匣处理的研究工作提供了借鉴。研究表明在设计转速下,离散式自循环机匣处理能够有效抑制动叶叶尖处泄漏涡的破碎程度,消除叶尖区的低相对总压气体的范围,推迟压气机失速的发生。对不同的喷气位置研究发现,喷气位置在动叶上游处的机匣处理扩稳效果最好,喷气位置在动叶前缘附近处的机匣处理对泄漏涡破碎的抑制作用最强。在设计转速下,对全周式自循环机匣处理研究发现,喷气轴向速度与喷气量是影响叶尖区域流动的两个关键因素,通过在全周式内部安装翼型挡板,能够有效消除气流的周向速度,提高喷气的轴向速度,进而扩大叶尖区的通流面积,提高压气机的失速裕度。
徐昂[5]（2019）在《机匣处理对跨音速压气机转子气动特性的影响研究》文中认为航空发动机在复杂来流情况下容易发生旋转失速和喘振现象,机匣处理技术能够通过改善转子尖部流动来提高压气机的稳定工作裕度,防止旋转失速现象的发生。本文针对跨音速压气机进行了周向单槽、倾斜周向多槽和逆叶片角向缝三种机匣处理方案的数值模拟研究,深入分析了轴向位置、深度、宽度、角度、粗糙度等设计参数对于机匣处理效果的影响,为了减少机匣处理设计的经验依赖性,开展了基于轴向位置的代理模型性能预测研究。对Rotor37开展周向槽机匣处理研究,设置十个轴向位置和三种槽深的周向单槽机匣处理。通过分析尖部流动差异,总结稳定裕度和峰值效率随设计参数的变化规律。研究发现当周向槽位于10%20%叶顶轴向弦长位置时,稳定裕度有明显提高,在叶尖前半段,一倍间隙槽深的扩稳效果优于其他槽深,峰值效率随槽深增加逐渐降低。周向槽的子午截面变化会对压气机的气动特性产生影响,通过定性与定量分析各槽内的流动情况,探讨径向与倾斜周向多槽机匣处理对稳定裕度的不同影响。研究得出周向槽后倾改型的扩稳效果优于常规径向形式,但是相应的峰值效率有所降低。对Rotor67开展叶片表面粗糙度发生变化的逆叶片角向缝机匣处理研究,通过缝内流动和机匣处理效率来分析扩稳效果差异。光滑叶表与粗糙叶表压气机采用机匣处理后稳定裕度值分别为15.128%、15.792%,扩稳量分别为7.62%、5.981%。叶表粗糙比叶表光滑时的稳定裕度更高,但是裕度提升量减小,叶表粗糙度对峰值效率的影响强于机匣处理。
阳尧[6]（2019）在《阶梯状处理机匣对跨声速压气机转子稳定性的影响》文中提出现代航空压气机主要为多级轴流跨声速压气机,主要特点是高级压比、高叶尖切向速度、高气动负荷,其中压气机的工作稳定性对整个发动机正常运转具有至关重要的作用。压气机内部流动复杂,叶尖区域存在泄漏涡和激波的共同作用会导致压气机失稳以及流动损失。周向槽机匣处理作为一种结构简单、扩稳效果明显且可靠性较高的被动扩稳技术,广泛被应用在现代航空发动机中。本文在跨声速压气机Rotor 37转子光壁机匣基础上,从实际应用出发,设计出6种不同阶梯状子午截面周向槽处理机匣。通过计算流体力学仿真软件,数值模拟了多种工况下压气机工作状态,对光壁和处理机匣下转子的叶顶流场进行了分析,探究了处理机匣提高压气机稳定裕度的机理。最后选取凹型处理机匣改变不同叶尖间隙高度,简要分析了不同叶尖间隙对带阶梯状处理机匣的跨声速压气机转子稳定性的影响。经过数值模拟得到:6种设计方案大幅度提高了压气机的稳定裕度,其中凹型状周向槽处理机匣的扩稳效果最为明显且效率损失最低。叶顶泄漏涡破碎和边界层分离引起的失速是压气机失稳的根本原因,其中叶顶泄漏涡破碎导致的流场堵塞是主要原因。周向槽与主流通道交接面的径向速度反映了槽内部的动量、流量交换,也体现了周向槽改善压气机叶顶堵塞的过程,间隙的轴向负动量反映出了压气机流场的堵塞程度。最后进一步研究表明,叶尖间隙的大小也是影响稳定裕度与效率的重要因素,凹型处理机匣在中等叶尖间隙下取得最大稳定裕度,但效率有所下降。
王立[7]（2018）在《斜坡槽式机匣处理实验研究及多目标优化设计》文中指出机匣处理广泛应用于压气机中,沟槽类机匣处理可以提高压气机效率但一般情况下会降低喘振裕度。本文提出了一种自行创新设计的新颖的斜坡槽式机匣处理,首先在上海交通大学低速轴流压气机实验台上对该种构型的实验件进行了实验研究;接着在一台高压压气机后面级上对三种不同机匣处理（包括斜沟槽、梯状间隙及斜坡槽式）进行了数值模拟,研究不同沟槽类机匣处理作用效果的异同以及不同几何参数对压气机性能与流场的影响;最后对斜坡槽式机匣处理几何进行参数化设计,构建优化平台,基于数值模拟和代理模型优化获得了可以同时提高压气机效率和喘振裕度的具体构型,并详细分析了其性能和流场。研究结果表明:通过掌握斜坡槽式机匣处理作用机理以及采用多目标优化设计方法,无论是在低速轴流压气机实验台还是高压压气机后面级上,都可以获得设计点效率与喘振裕度双提高的几何构型。斜坡槽式机匣处理相比于其他两种结构,其独有的斜坡能有效消除斜沟槽和梯状间隙前端凸起处的回流区。正交试验设计表明斜坡槽式机匣处理几何参数中斜坡槽最高点径向高度对其作用效果影响最为关键。多目标优化设计得到的四个典型斜坡槽式机匣处理在叶尖位置都存在一个对应于叶尖泄漏流的回流区,回流区的位置取决于斜坡槽最高点的位置,回流区的大小和叶顶间隙有较大关系。不同斜坡槽式机匣处理对高压压气机转叶出口全叶高范围内的流场造成影响。
茅晓晨[8]（2018）在《轴流压气机内部流动分离和叶尖泄漏流抽吸控制策略及机理的研究》文中提出在具有高负荷、高效率以及宽失速裕度的现代航空发动机中,轴流压气机内部的分离流动和叶尖泄漏流会对发动机的性能产生显着的影响。因此,开展采用流动控制技术消除或减弱轴流压气机内部流动分离及叶尖泄漏流影响效应的研究对提升我国航空发动机压缩系统的性能具有重要意义。本文针对轴流压气机内部附面层分离、角区分离及叶尖泄漏流等现象的控制策略及机理,主要采用抽吸技术开展了以下几个方面的研究:1.作为整个研究内容的基础,首先通过实验验证了抽吸技术降低附面层分离损失及提升压气机叶栅性能的有效性。然后,根据已有的压气机常规叶栅和吸附式叶栅的实验数据对本文数值方法的计算精度进行了校核。最后,对本文数值方法在预估整级压气机总体性能及捕捉流场细节方面的精度进行了校验。结果证实了本文所采用的数值方法具有较可靠的计算精度。2.压气机叶栅内部角区分离控制及组合抽吸技术的研究。采用端壁全周向槽抽吸控制角区分离的研究结果表明,在角区分离发展的不同阶段实施抽吸对应的控制效果及机理不同,且于角区分离的起始阶段及之前实施控制可以有效地减小角区分离范围。进一步对端壁局部周向槽抽吸方案的研究发现,在角区分离不同发展阶段进行局部抽吸对应的控制规律不同。最后,以叶片吸力面开设展向槽控制附面层分离对应的最佳抽吸方案为基础,详细研究了三种不同组合抽吸方案对应的控制规律及机理,分别在叶片近端壁吸力面开设局部展向抽吸槽和叶片近端壁吸力面开设局部流向抽吸槽进行组合抽吸控制的结果均显示在角区分离的发展中阶段实施抽吸的效果最佳,而在近叶片吸力面端壁处开设局部流向抽吸槽进行组合抽吸时,位于角区分离起始阶段的抽吸方案可以更有效地提升叶栅性能。3.压气机叶栅叶尖泄漏流效应的控制策略及机理的探索。首先详细研究了不同来流攻角及叶尖间隙变化对叶尖泄漏流的影响规律,结果显示来流攻角及叶尖间隙的增加均使得叶尖泄漏涡的影响范围增大,而叶尖泄漏涡的起始位置随两者增加的变化趋势相反,且叶尖泄漏涡涡核展向位置随两者增加的变化规律不同;不同来流攻角下,叶栅总压损失随着叶尖间隙增加呈现不同的变化趋势。随后,针对叶尖泄漏流影响效应本文系统地探讨了三种不同的控制策略,并得到了不同策略对应的控制规律及机理。采用机匣端壁周向槽抽吸的研究结果显示,叶栅性能的提升是通过抽吸减弱端壁附面层的影响进而降低叶尖泄漏涡、端壁附面层和主流之间的掺混损失来实现;随着抽吸槽向叶片尾缘方向移动,控制效果逐渐减弱。通过对采用两种新型抽吸形式—机匣端壁流向开槽和叶顶流向开槽进行控制的研究发现,两种方案分别对应的控制规律不同,且与机匣端壁周向槽抽吸方案的控制机理不同,机匣端壁和叶顶流向开槽抽吸均可以通过直接影响叶尖泄漏涡的结构形态和强度来提升叶栅性能。4.级环境下周向槽机匣处理技术控制叶尖泄漏流的研究。以一台两级对转轴流压气机为对象,在后排转子的机匣处实施周向槽机匣处理技术,通过研究得到了相应的控制规律及作用机理,结果表明:周向槽处于叶片前缘至40%轴向弦长范围内时,可以有效地提升压气机的失速裕度,且位于20%轴向弦长处的方案控制效果最佳。此外,周向槽越靠近叶片前缘,低流量工况范围内的压气机性能提升越显着。通过对比机匣处理前后转子叶尖附近的流动可以发现,机匣处理使叶尖附近的流场品质得到明显改善,显着减弱了叶尖泄漏流的强度,且不同机匣处理方案对叶尖泄漏流非定常波动形态的影响规律不同。叶尖附近静压信号的频域分析结果表明原始对转压气机内部低频波动成分的消失有助于提升压气机的工作稳定性,且通过控制始自叶片弦长中部位置附近的叶尖泄漏流的流动形态来提升压气机的失速裕度更有效。5.级环境下机匣抽吸技术控制叶尖泄漏流的研究。以一台两级对转轴流压气机为对象,在后排转子的机匣处实施抽吸技术,对不同抽吸方案的控制规律及影响机理进行了系统性研究,结果显示:压气机失速裕度的改进量整体上随着抽吸槽的后移逐渐降低。机匣端壁抽吸后,压气机的性能在近失速工况附近升高,而抽吸槽对主流的干涉作用使得压气机的峰值效率点附近和大流量工况范围内的压气机性能降低。机匣端壁抽吸显着改善了叶尖附近的前缘溢流和二次泄漏现象,减弱了压气机内部非定常波动的强度。不同位置的抽吸方案对叶尖泄漏流结构形态的影响规律不同,且通过控制始自叶片弦长中部位置附近的叶尖泄漏流可以更有效地提升了压气机的性能。出口流量信号频域分析的结果表明叶尖泄漏流非定常波动成分的消失和波动强度的减弱均有利于压气机性能和稳定工作范围的提升。
史磊[9]（2017）在《应用附面层抽吸的对转压气机气动特性机理分析及试验研究》文中研究指明随着现代航空发动机推重比的提高,压气机部件的轴向尺寸越来越短,级负荷显着增加,叶型所承受的气流转折角逐渐变大,传统的叶型设计技术已无法完全满足高负荷叶型的进一步要求。与此同时,发动机还需达到更高的运行效率来提高其经济性,而压气机内部流动损失的有效控制和消除将会显着提高其工作效率。近些年来,附面层抽吸这种主动流动控制技术在提高叶型负荷、降低叶片损失方面展现出很大的潜力,是设计高效高负荷压气机的一种非常有效地的技术手段。针对压气机附面层抽吸技术的理论研究和试验验证将有望为高推重比发动机压缩系统的研制提供新的技术途径。本文以西北工业大学翼型-叶栅国防科技重点实验室的双排对转轴流压气机为研究对象,在设计转速和70%换算转速下开展了附面层抽吸技术的数值计算及试验研究。该对转压气机包含进口导流叶片（IGV）、转子1（R1）、与R1反向旋转的转子2（R2）、出口导流叶片（OGV）。通过理论与试验研究发现:在设计转速和70%换算转速下近喘点工况时,压气机近轮缘端壁处的流动非常复杂,叶尖泄漏流动造成叶片尖部流场的堵塞,而且其向下游和低叶展区域的扩散与掺混是造成压气机流场高熵区的根源,泄漏流动不仅严重干扰了转子尖部的流场,也恶化了下游OGV的来流工况,使其工作在大攻角条件下,并导致叶型吸力面产生严重的气流分离现象。为了有效地控制该对转压气机的流动高熵区、降低流动损失、提高工作效率,有必要在该试验台上采用吸附技术实施流动控制。通过大量的数值计算发现,70%换算转速下近喘点的流动情况更具代表性,表现为间隙流动较强和对下游的影响较大,此时采用端壁附面层抽吸控制叶尖泄漏流动时,抽吸结构位于高熵流动核心区及其下游20%相对弦长范围内可以有效地缩小流动高熵区,改善叶尖流动堵塞现象,从而提高压气机工作效率。本研究工作采取的流动控制手段主要有:1、通过转子处轮缘机匣端壁抽吸低能量气体来改善端区流场品质:在R1、R2叶尖轮缘端壁处采用圆孔方式进行附面层抽吸,R1处的抽吸孔中心位于其尖部叶型的77%相对弦长处,R2处的抽吸孔中心位于其尖部叶型的31%相对弦长处。2、对出口导流叶片OGV尖部型面进行优化设计使其更好地适应近端壁区域的流动,并且在其吸力面上开设两条抽吸缝进行全环抽吸,实施出口导流叶片表面附面层的有效控制。抽吸缝分别起始于尖部型面的28%、65%相对弦长处,沿着10°倾角（与径向夹角）向低叶展方向发展,各自展向尺寸分别为叶片高度的40%和20%。论文采用非定常数值方法计算了多种抽吸方案对于压气机在70%换算转速下近喘点工况时的流场影响,揭示了压气机内部高熵流体与叶片的相互作用及其向下游的传播过程。研究发现附面层抽吸在影响压气机内部流场的同时也改变了叶片表面的非定常气动力。抽吸会加剧转子尖部叶型近抽吸位置处的壁面静压脉动,增大静压的波动范围。对静压随时间的变化数据进行FFT变换后发现,抽吸能够改变静压波动的主频,主频幅值远远高出不抽吸工况下的主频幅值,并且衍生出了一系列高幅值的倍频。在OGV静子上进行抽吸对于叶片表面压力脉动的影响不大。依据前期的数值分析结果加工了端壁抽吸机匣及吸附式空心叶片OGV,搭建了吸附式对转压气机外围抽吸设备包含真空动力部分、稳压缓冲部分、流量调节部分和抽吸管路部分,完成了国内首台对转吸附压气机试验台改造,并进行了大量实验研究。论文试验工作主要围绕在流场有代表性的70%换算转速下进行,通过大量试验验证,分别研究了单处的转子端壁抽吸以及OGV吸力面抽吸的效果,在此基础上进行了多种方案的转、静子组合抽吸试验研究。结果显示单处抽吸对于压气机特性的改善效果比较有限,不能同时兼顾各抽吸位置处的优势。当压气机工作在70%换算转速近喘点工况时,应选择在R2处进行附面层抽吸。组合抽吸可以使压气机在更为宽广的流量范围内提升等熵效率和总压比,在R2和OGV抽吸位置处按照一定的流量比例进行组合抽吸可以获得最佳控制效果。
王昊[10]（2016）在《轴流压气机叶顶区域非定常流动及旋转不稳定性研究》文中研究说明压气机内部的流动不稳定性问题一直是学术界和工业界关注的焦点,因为它对压气机的性能、噪音产生和安全运行都有重要影响。最被广为熟知的压气机内部气动不稳定性现象是旋转失速。近二十年,一种新的气动不稳定性问题被学者们越来越多的关注——旋转不稳定性现象,它可以被看成是一个脉动的流体扰动结构在转子中周向传播,通常出现在大叶顶间隙和高负载的情况下。旋转不稳定性会导致叶顶间隙噪音的增强,一定情况下会触发高幅值的叶片振动。本文以低速轴流压气机为对象,对压气机转子的旋转不稳定性与叶顶区域非定常流动的关联性进行系统的研究。通过气动特性测试、动态压力测试、TR-PIV速度场测量以及全通道非定常数值模拟,在掌握旋转不稳定性的频率特性、周向传播特性和模态特性的基础上,详细分析转子叶顶区域复杂涡流场的非定常特征,区分了流场中不同的涡流结构及其非定常振荡导致的频率。建立了叶顶泄漏流振荡的周向传播模型,并发现了其与旋转不稳定性现象的联系。本文主要研究内容包括:1.搭建了适用于研究气动不稳定性的轴流压气机实验台,对压气机转子进行了气动特性实验,并利用五孔探针测量了不同流量下转子下游的气动参数分布。在此实验台上对叶顶区域流动进行了详细的动态压力测试和TR-PIV速度测试。同时,建立了适合研究叶顶区域不稳定流动的数值模拟方法,采用全通道非定常计算,并以多种不同的方式分别在相对和绝对坐标系下布置压力监测点,以捕捉叶顶区域的压力脉动特征。2.利用在转子机匣上周向布置的高频响动态压力传感器,测量叶顶区域的压力脉动信号。通过压力信号进行频谱分析及互相关处理,确定了旋转不稳定性产生的工况范围,并分析了其频率特性及周向传播特性。在对全通道非定常数值模拟结果进行验证的基础上,以与实验测量等效的方式对数值模拟结果进行压力信号采集及数据处理。在数值模拟结果中捕捉到了与实验测量一致的旋转不稳定性现象,并应用模态分解技术得到了组成旋转不稳定性扰动的各阶模态波成分。3.利用TR-PIV测速技术,在不同工况下测量了转子叶顶区域不同弦向切面的速度场;并利用沿弦向布置的动态压力传感器,结合锁相平均数据处理方法,获得了不同流量下叶顶区域blade-to-blade面的压力分布及脉动特征。速度场和压力场测试的结果都显示,随着流量减小叶顶区域流场脉动逐渐增强,且脉动特征与叶顶泄漏流的发展具有高度相关性。4.利用数值模拟结果对转子叶顶区涡流场的非定常振荡特性进行细致的分析,发现了两种流动不稳定机制的存在:一种是叶顶泄漏涡的振荡,一种是前缘诱导涡的周向迁移。叶顶泄漏涡的振荡是由叶顶泄漏涡与相邻叶片发生干涉导致的,其振荡频率与旋转不稳定性频率吻合;前缘诱导涡在转子的近失速工况下出现,它是在叶顶泄漏流、主流和动叶前缘三者的相互作用下产生,它的周向迁移导致了一个低阶模态扰动在转子中传播,这个扰动的脉动幅值远低于旋转不稳定性的脉动幅值。5.叶顶泄漏流的振荡在转子叶排的不同流道中具有相位延迟现象,这可以看成是一个沿转子周向传播的流体扰动。基于对相位延迟振荡特征的详细分析,利用理论分析方法,建立了叶顶泄漏流振荡的周向传播模型。发现叶顶泄漏流导致的周向传播扰动具有不同的模态成分,并得到了每一阶模态的特性参数的计算方法。而且通过对比发现,叶顶泄漏流振荡导致的周向传播模态特征与旋转不稳定性模态特征一致,可以说明叶顶泄漏流振荡的周向传播即是旋转不稳定性的流动机制。
二、梯状尖部间隙机匣处理对轴流压气机性能影响的实验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、梯状尖部间隙机匣处理对轴流压气机性能影响的实验研究（论文提纲范文）
（1）低反力度跨声速压气机转子间隙流动及其控制的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 低反力度压气机的研究进展 |
| 1.2.1 设计原理及方法 |
| 1.2.2 内部流动机理 |
| 1.3 压气机泄漏流动的研究进展 |
| 1.3.1 叶顶间隙尺寸对总体性能的影响 |
| 1.3.2 泄漏流动机理研究 |
| 1.3.3 泄漏流对压气机非定常特征的影响 |
| 1.4 三维叶片技术的研究进展 |
| 1.5 周向槽机匣处理的研究进展 |
| 1.6 主要研究内容 |
| 第2章 数值方法及研究对象介绍 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值方法介绍 |
| 2.2.1 数值模拟软件 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.2.4 网格划分 |
| 2.2.5 边界条件 |
| 2.2.6 计算收敛准则 |
| 2.3 数值方法验证 |
| 2.3.1 网格无关性验证 |
| 2.3.2 湍流模型的验证 |
| 2.4 低反力度跨声速转子流场分析 |
| 2.4.1 主要几何及气动参数 |
| 2.4.2 性能及气动参数分布 |
| 2.4.3 三维流场分析 |
| 2.4.4 低反力度跨声速转子典型流动特征 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 间隙流动对低反力度跨声速转子性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 研究方案设计 |
| 3.3 间隙尺寸对总体性能影响 |
| 3.4 间隙尺寸对叶尖区域时均流场的影响 |
| 3.4.1 设计工况流场分析 |
| 3.4.2 近失速工况流场分析 |
| 3.5 间隙尺寸对叶尖流场非定常性的影响 |
| 3.5.1 叶尖区域非定常流动特性及其起源位置 |
| 3.5.2 非定常现象的产生机制 |
| 3.6 间隙尺寸对失速机制的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 弯叶片对低反力度转子间隙流动的控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 研究方案设计 |
| 4.3 周向弯曲对低反力度压气机气动性能的影响 |
| 4.3.1 总体性能参数 |
| 4.3.2 弯角变化的影响研究 |
| 4.3.3 弯高变化的影响研究 |
| 4.4 弦法向弯曲对低反力度压气机气动性能的影响 |
| 4.4.1 总体性能参数 |
| 4.4.2 弯角变化的影响研究 |
| 4.4.3 弯高变化的影响研究 |
| 4.5 弯曲叶片的作用机理与应用策略 |
| 4.5.1 弯曲叶片的作用机理 |
| 4.5.2 周向弯曲与弦法向弯曲的特点 |
| 4.5.3 低反力度压气机环境下弯曲叶片的应用策略 |
| 4.6 弯曲叶片降低间隙尺寸敏感性的研究 |
| 4.6.1 总体性能参数 |
| 4.6.2 叶尖泄漏流动结构分析 |
| 4.6.3 叶尖泄漏流量分析 |
| 4.6.4 叶尖轴向动量分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 周向槽对低反力度转子间隙流动的控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 研究对象与数值方法 |
| 5.2.1 研究对象 |
| 5.2.2 数值方法 |
| 5.2.3 周向槽网格划分 |
| 5.3 周向单槽几何参数的影响研究 |
| 5.3.1 研究方案设计 |
| 5.3.2 轴向位置的影响研究 |
| 5.3.3 槽深的影响研究 |
| 5.4 周向多槽对低反力度转子的影响研究 |
| 5.4.1 研究方案设计 |
| 5.4.2 特性线和径向参数分布 |
| 5.4.3 周向槽对泄漏涡的影响 |
| 5.4.4 周向槽的扩稳机制 |
| 5.5 周向多槽降低间隙尺寸敏感性的研究 |
| 5.5.1 总体性能参数 |
| 5.5.2 叶尖泄漏流动结构分析 |
| 5.5.3 叶尖泄漏流量分析 |
| 5.5.4 叶尖轴向动量分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（2）不同叶尖几何形状对压气机转子性能影响的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 压气机转子内部流动现状 |
| 1.2.1 转子叶顶间隙泄漏流动及研究现状 |
| 1.2.2 流动分离及研究现状 |
| 1.3 叶轮机械流动控制技术研究 |
| 1.3.1 叶顶喷气技术 |
| 1.3.2 附面层抽吸技术 |
| 1.3.3 机匣处理技术 |
| 1.3.4 叶尖小翼技术 |
| 1.4 研究目的和主要内容 |
| 2 数值模拟方法及模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值模拟方法 |
| 2.2.1 数值模拟软件介绍 |
| 2.2.2 数值计算方法 |
| 2.2.3 控制方程 |
| 2.2.4 湍流模型 |
| 2.3 计算模型及方案 |
| 2.3.1 物理模型及其参数 |
| 2.3.2 转子叶片改型方案 |
| 2.3.3 网格划分 |
| 2.3.4 网格无关性验证 |
| 2.3.5 边界条件设置 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 叶尖开槽对压气机转子气动性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 压气机转子叶片叶尖开槽性能分析 |
| 3.2.1 开槽布置方案 |
| 3.2.2 叶顶开槽对压气机转子气动性能影响分析 |
| 3.3 压气机转子叶片叶尖开槽流场分析 |
| 3.3.1 最高效率工况下流场分析 |
| 3.3.2 近失速工况下流场分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 叶尖开叉对压气机转子气动性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 压气机转子叶片叶尖开叉性能分析 |
| 4.2.1 开叉布置方案 |
| 4.2.2 叶顶开叉对压气机转子气动性能影响分析 |
| 4.3 压气机转子叶片叶尖开叉流场分析 |
| 4.3.1 最高效率工况下流场分析 |
| 4.3.2 近失速工况下流场分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
（3）跨声速压气机转子叶尖间隙流动研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 本文主要研究思路 |
| 第2章 数值仿真理论 |
| 2.1 控制方程及离散格式 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 控制方程的空间离散 |
| 2.1.3 控制方程的时间离散 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 数值模拟方法 |
| 3.1 建立模型 |
| 3.2 数值计算方法 |
| 3.2.1 计算网格划分 |
| 3.2.2 数值计算方法和边界条件设置 |
| 3.2.3 收敛标准与失速点判断准则 |
| 3.3 仿真计算准确性校核 |
| 3.3.1 几何模型介绍 |
| 3.3.2 网格无关性验证 |
| 3.3.3 计算准确性验证 |
| 3.4 Stage35单级与单转子数值模拟结果对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 机匣处理对压气机叶尖间隙流动的影响分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 跨声速压气机单级流场分析 |
| 4.3 周向槽处理机匣对压气机叶尖间隙流动影响 |
| 4.3.1 机匣处理结构设计 |
| 4.3.2 周向槽数目对压气机总体性能影响 |
| 4.3.3 相对马赫数云图 |
| 4.3.4 熵值分布图 |
| 4.4 周向槽处理机匣扩稳机理分析 |
| 4.4.1 叶顶静压分布 |
| 4.4.2 叶顶流场分析 |
| 4.4.3 叶顶及槽内流动分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文 |
（4）跨声速轴流压气机自循环机匣处理的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 轴流压气机内部失稳研究 |
| 1.2.1 失稳现象 |
| 1.2.2 失速先兆的种类和基本特征 |
| 1.2.3 轴流压气机失速机理的研究历程 |
| 1.3 轴流压气机扩稳措施研究 |
| 1.3.1 主动控制扩稳研究 |
| 1.3.2 槽和缝类机匣处理被动扩稳研究 |
| 1.4 自循环机匣处理研究现状 |
| 1.5 论文的研究内容及目的 |
| 2 数值方法介绍 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 商业CFD软件—ANSYS CFX |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.2.4 计算模型 |
| 2.2.5 边界条件 |
| 2.2.6 网格无关性验证 |
| 2.2.7 数值校核 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 原型压气机流场分析及离散式自循环机匣处理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 原型压气机流场分析 |
| 3.2.1 原型压气机设计工况点流场分析 |
| 3.2.2 原型压气机不同工况流场对比分析 |
| 3.3 离散式自循环机匣处理研究 |
| 3.3.1 离散式自循环机匣处理计算模型 |
| 3.3.2 总压比以及等熵效率特性曲线 |
| 3.3.3 离散式自循环机匣处理作用机理 |
| 3.3.4 不同喷气位置的离散式自循环机匣处理 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 全周式自循环机匣处理作用效果研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同宽度全周式自循环机匣处理作用效果研究 |
| 4.2.1 计算对象 |
| 4.2.2 特性曲线 |
| 4.2.3 S1流面相对马赫数云图分析 |
| 4.2.4 壁面极限流线分析 |
| 4.2.5 熵值云图分析 |
| 4.2.6 叶尖流线分析 |
| 4.2.7 动叶气流进气角沿叶高分布曲线 |
| 4.2.8 机匣处理提前引发失速的原因分析 |
| 4.2.9 不同宽度的全周式自循环机匣处理数值模拟 |
| 4.3 不同收缩比流道的全周式自循环机匣处理研究 |
| 4.3.1 计算对象 |
| 4.3.2 等熵效率、总压比特性曲线分析 |
| 4.3.3 动叶壁面极限流线分析 |
| 4.3.4 静叶壁面极限流线分析 |
| 4.3.5 叶尖区流线分析 |
| 4.3.6 不同收缩比机匣处理对失速裕度的作用分析 |
| 4.4 顺气流喷气全周式自循环机匣处理研究 |
| 4.4.1 计算模型 |
| 4.4.2 特性曲线分析 |
| 4.4.3 99%叶高S1流面相对马赫数云图 |
| 4.4.4 叶尖区流线分析 |
| 4.4.5 总压损失系数云图分析 |
| 4.4.6 动叶进口气流进气角以及轴向速度分析 |
| 4.5 整流式全周自循环机匣处理研究 |
| 4.5.1 喷嘴出口宽度1mm整流式全周自循环机匣处理研究 |
| 4.5.2 喷嘴出口宽度0.3mm整流式全周自循环机匣处理研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
（5）机匣处理对跨音速压气机转子气动特性的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 压气机失速研究进展 |
| 1.2.1 压气机旋转失速研究进展 |
| 1.2.2 尖部流动与旋转失速的关联 |
| 1.3 压气机机匣处理研究进展 |
| 1.3.1 压气机槽式机匣处理研究进展 |
| 1.3.2 压气机缝式机匣处理研究进展 |
| 1.4 研究内容与论文结构 |
| 第二章 数值计算方法与验证 |
| 2.1 NUMECA数值计算软件 |
| 2.2 数值模拟方法 |
| 2.3 控制方程与湍流模型 |
| 2.3.1 控制方程 |
| 2.3.2 湍流模型 |
| 2.4 边界条件 |
| 2.5 Rotor67 计算验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 周向单槽机匣处理研究 |
| 3.1 研究对象与数值计算方法 |
| 3.2 光壁机匣压气机转子失速分析 |
| 3.2.1 网格无关性校验 |
| 3.2.2 转子尖部流动情况分析 |
| 3.3 周向单槽机匣处理计算结果分析 |
| 3.3.1 周向单槽机匣处理前后气动特性变化 |
| 3.3.2 周向单槽机匣处理轴向位置对气动特性影响分析 |
| 3.3.3 周向单槽机匣处理槽深对气动特性影响分析 |
| 3.4 周向单槽机匣处理神经网络代理模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 倾斜周向槽机匣处理研究 |
| 4.1 研究对象与数值计算方法 |
| 4.2 倾斜周向槽机匣处理计算结果分析 |
| 4.2.1 倾斜周向槽机匣处理前后气动特性变化 |
| 4.2.2 倾斜周向槽机匣处理前后流动影响分析 |
| 4.3 倾斜周向槽机匣处理扩稳效果定量分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 考虑叶表粗糙度时逆叶片角向缝机匣处理研究 |
| 5.1 研究对象与数值计算方法 |
| 5.1.1 研究对象 |
| 5.1.2 数值计算方法 |
| 5.2 逆叶片角向缝机匣处理前后计算结果分析 |
| 5.2.1 考虑叶表粗糙度时机匣处理前后气动特性变化 |
| 5.2.2 考虑叶表粗糙度时机匣处理对尖部流动影响 |
| 5.2.3 考虑叶表粗糙度时机匣处理的扩稳机理分析 |
| 5.3 考虑叶表粗糙度时造成的损失 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（6）阶梯状处理机匣对跨声速压气机转子稳定性的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 压气机内部稳定性问题 |
| 1.3 机匣处理国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文主要研究思路 |
| 第2章 压气机内部流动数值模拟基础 |
| 2.1 控制方程及离散格式 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 控制方程的空间离散 |
| 2.1.3 控制方程的时间离散 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.3 加速收敛技术 |
| 2.3.1 隐式残差光顺 |
| 2.3.2 多重网格技术 |
| 2.3.3 全多重网格技术 |
| 第3章 数值模拟方法 |
| 3.1 阶梯状周向槽处理机匣模型的建立 |
| 3.2 数值计算方法 |
| 3.2.1 计算网格划分 |
| 3.2.2 计算和边界条件设置 |
| 3.2.3 收敛标准及失速点判断准则 |
| 3.3 数值计算准确性校核 |
| 3.3.1 研究对象简介 |
| 3.3.2 网格独立性验证 |
| 3.3.3 验证结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 阶梯状处理机匣对压气机稳定性影响的分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 跨声速压气机转子流场分析 |
| 4.3 阶梯状处理机匣对压气机稳定性的影响 |
| 4.3.1 处理机匣结构设计 |
| 4.3.2 不同阶梯状处理机匣对压气机总体性能的影响 |
| 4.3.3 相对马赫数云图 |
| 4.3.4 静压系数分布云图 |
| 4.3.5 总压损失系数 |
| 4.3.6 熵值分布 |
| 4.4 阶梯状处理机匣扩稳机理分析 |
| 4.4.1 叶顶静压载荷分布 |
| 4.4.2 叶顶流场时均结果分析 |
| 4.4.3 叶尖及槽内流动分析 |
| 4.5 不同叶尖间隙对阶梯状处理机匣的作用 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文 |
（7）斜坡槽式机匣处理实验研究及多目标优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 机匣处理研究进展 |
| 1.2.2 沟槽类机匣处理研究进展 |
| 1.2.3 机匣处理构型优化研究进展 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第二章 数值模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压气机及机匣处理计算模型 |
| 2.3 数值求解方法 |
| 2.4 网格划分及边界条件 |
| 2.5 气动参数计算 |
| 2.6 网格无关性验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 斜坡槽式机匣处理实验研究与数值方法验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验装置及实验对象 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 实验对象 |
| 3.3 测试设备与测试方案 |
| 3.3.1 测试设备 |
| 3.3.2 测试方案 |
| 3.4 实验结果与数值方法验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 沟槽类机匣处理对压气机性能与流场的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 沟槽结构对压气机性能及流场的影响 |
| 4.3 斜坡槽最高点轴向位置对性能及流场的影响 |
| 4.4 斜坡槽几何参数正交设计 |
| 4.4.1 正交试验方案 |
| 4.4.2 正交试验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 斜坡槽式机匣处理多目标优化设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 优化平台实现 |
| 5.2.1 优化平台整体描述 |
| 5.2.2 优化平台各功能模块介绍 |
| 5.3 优化方案及优化过程 |
| 5.3.1 优化对象 |
| 5.3.2 优化目标及变量 |
| 5.3.3 优化平台设置 |
| 5.3.4 优化过程 |
| 5.4 优化结果分析 |
| 5.4.1 优化结果与误差分析 |
| 5.4.2 优化机匣处理的性能与流场分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 6.1 主要工作与创新点 |
| 6.2 后续研究工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
（8）轴流压气机内部流动分离和叶尖泄漏流抽吸控制策略及机理的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 压气机中的主要流动现象 |
| 1.2.1 流动分离现象 |
| 1.2.2 叶尖泄漏流 |
| 1.2.3 流动失稳 |
| 1.3 流动控制技术 |
| 1.3.1 流动控制技术的研究现状 |
| 1.3.2 抽吸技术 |
| 1.3.3 引气技术 |
| 1.3.4 机匣处理技术 |
| 1.4 本文主要的研究工作 |
| 第二章 轴流压气机吸附式叶栅实验与数值模拟方法的校验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 轴流压气机吸附式叶栅的实验研究 |
| 2.2.1 吸附式叶栅实验设备和方法介绍 |
| 2.2.2 吸附式叶栅实验结果分析 |
| 2.3 数值模拟方法的精度校核 |
| 2.3.1 数值方法在常规叶栅和吸附式叶栅中的精度校核 |
| 2.3.2 数值方法在整级压气机中的精度校核 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 抽吸技术对压气机叶栅内部流动分离的控制研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 研究对象与数值模拟方法 |
| 3.3 原型叶栅内部流动结构的分析 |
| 3.4 端壁周向槽抽吸对角区分离控制规律及机理的探索 |
| 3.4.1 全周向开槽抽吸对角区分离的影响研究 |
| 3.4.2 周向局部开槽抽吸对角区分离的影响研究 |
| 3.5 叶片吸力面展向抽吸控制附面层分离的研究 |
| 3.6 组合抽吸技术对叶栅内部流动分离控制规律及机理的探索 |
| 3.6.1 叶片近端壁吸力面局部展向抽吸对角区流动控制的影响分析 |
| 3.6.2 叶片近端壁吸力面局部流向抽吸对角区流动控制的影响分析 |
| 3.6.3 近叶片吸力面端壁流向抽吸对角区流动控制的影响分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 抽吸技术对压气机叶栅叶尖间隙泄漏流的控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 研究对象与数值方法 |
| 4.3 叶栅内部叶尖附近的流场结构分析 |
| 4.4 来流攻角对叶尖泄漏流强度和叶栅性能的影响规律 |
| 4.5 叶尖间隙对叶尖泄漏流强度和叶栅性能的影响规律 |
| 4.6 抽吸技术对叶尖泄漏流控制规律及机理的探索 |
| 4.6.1 机匣端壁周向槽抽吸对叶尖泄漏流控制策略的研究 |
| 4.6.2 机匣端壁流向槽抽吸对叶尖泄漏流控制策略的研究 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 周向槽机匣处理技术和机匣端壁抽吸技术在对转压气机中的应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 研究对象和数值方法 |
| 5.3 原始对转压气机内部流场结构的分析及流动控制途径的确定 |
| 5.3.1 时均结果的流场结构分析 |
| 5.3.2 非定常波动现象的分析 |
| 5.3.3 流动控制方案的确定 |
| 5.4 周向槽机匣处理技术在对转压气机中的应用研究 |
| 5.4.1 机匣处理前后对转压气机总体特性的对比分析 |
| 5.4.2 机匣处理对对转压气机内部时均流场的影响研究 |
| 5.4.3 机匣处理对对转压气机内部非定常波动现象的影响分析 |
| 5.4.4 机匣处理对对转压气机内部时均三维流线结构的影响规律 |
| 5.5 周向槽机匣端壁抽吸技术在对转压气机中的应用研究 |
| 5.5.1 机匣抽吸前后对转压气机总体特性的对比分析 |
| 5.5.2 机匣抽吸对对转压气机内部时均流场的影响研究 |
| 5.5.3 机匣抽吸对对转压气机内部非定常波动现象的影响效应 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 研究总结与展望 |
| 6.1 主要研究结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 未来研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和获奖情况 |
（9）应用附面层抽吸的对转压气机气动特性机理分析及试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 压气机内部存在的流动损失及控制方法 |
| 1.1.1 附面层引发的叶型损失 |
| 1.1.2 激波损失 |
| 1.1.3 端壁及其二次流损失 |
| 1.1.4 叶尖间隙泄漏损失 |
| 1.2 压气机引气结构对附面层抽吸结构设计的借鉴性 |
| 1.3 附面层抽吸在压气机设计中的应用 |
| 1.4 对转风扇/压气机技术研究现状 |
| 1.5 本文的研究意义及主要工作 |
| 第二章 原型对转压气机中的流动现象机理分析 |
| 2.1 对转压气机机构及几何参数介绍 |
| 2.1.1 压气机基本设计参数 |
| 2.1.2 进口导流叶片简介 |
| 2.1.3 转子1典型截面介绍 |
| 2.1.4 转子2典型截面介绍 |
| 2.1.5 出口导流叶片典型截面面介绍 |
| 2.2 对转压气机数值研究 |
| 2.2.1 数值研究方法简介 |
| 2.2.2 本章研究对象计算网格拓扑结构 |
| 2.2.3 网格无关性校验 |
| 2.2.4 数值计算工况及结果 |
| 2.2.5 典型截面气动参数分析 |
| 2.3 设计转速下近喘点工况时的流动现象及存在问题 |
| 2.3.1 诱发转子叶尖高熵区的机理分析 |
| 2.3.2 OGV叶片排通道内流场分析 |
| 2.4 非设计转速下近喘点工况时的流场分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 对转压气机附面层抽吸方案的定常设计 |
| 3.1 设计转速下OGV尖部叶型的改型优化设计 |
| 3.1.1 OGV改型设计后的流场变化 |
| 3.1.2 OGV吸力面流场进一步改进的思考 |
| 3.2 设计转速下OGV吸力面附面层抽吸的数值模拟 |
| 3.2.1 吸力面抽吸缝的存在对于OGV流场的影响 |
| 3.2.2 附面层抽吸时OGV流场参数的变化 |
| 3.2.3 抽吸对于压气机整体性能参数的影响 |
| 3.3 设计转速下R_2轮缘端壁抽吸的数值研究 |
| 3.3.1 近喘点工况时R_2尖部流场分析 |
| 3.3.2 R_2轮缘机匣抽吸方案的设计及数值计算 |
| 3.3.3 近喘点时R_2叶尖不抽吸与c1抽吸方案在近喘点的流场细节对比分析 |
| 3.3.4 R_2轮缘机匣抽吸方案的效率综合评价 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 吸附式对转压气机的非定常数值研究 |
| 4.1 计算网格拓扑结构 |
| 4.2 设计转速近喘点工况下吸附式设计方案的验证 |
| 4.3 非设计转速数值模拟工况 |
| 4.4 70 %换算转速不抽吸方案时的典型工况流场分析 |
| 4.4.1 最大流量工况流场 |
| 4.4.2 峰值效率工况流场 |
| 4.4.3 近喘点工况流场 |
| 4.5 70%换算转速下 2#抽吸方案效果评估 |
| 4.5.1 抽吸对于近堵塞工况的影响 |
| 4.5.2 抽吸对于峰值效率工况的影响 |
| 4.5.3 抽吸对于近喘点工况的影响 |
| 4.6 70 %换算转速下近喘点工况时,不同抽吸方案的抽吸效果对比 |
| 4.7 70 %换算转速下不同抽吸工况时,叶片表面特定点的压力脉动分析 |
| 4.7.1 95 %截面处R1叶型表面压力脉动 |
| 4.7.2 95 %截面处R_2叶型表面压力脉动 |
| 4.7.3 95 %截面处OGV叶型表面压力脉动 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 对转压气机试验台的吸附式设计 |
| 5.1 对转压气机轮缘机匣吸附式设计 |
| 5.1.1 轮缘机匣引气流路设计 |
| 5.1.2 实物图及装配情况 |
| 5.1.3 抽吸能力评估 |
| 5.2 吸附式出口导流叶片设计 |
| 5.2.1 三维建模与流路设计 |
| 5.2.2 实物图及其安装方式 |
| 5.2.3 叶片抽吸能力评估 |
| 5.3 抽吸系统外围设备介绍 |
| 5.3.1 真空动力装备 |
| 5.3.2 稳压缓冲部分 |
| 5.3.3 流量调节单元 |
| 5.3.4 抽吸管路布置 |
| 5.4 测试系统介绍 |
| 5.4.1 对转压气机的测点布局 |
| 5.4.2 测试探针的设计及精度校核 |
| 5.4.3 压力、温度采集模块中测点的分布 |
| 5.4.4 压气机特性计算公式 |
| 5.4.5 试验误差分析 |
| 5.5 设备控制及数据采集界面 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 吸附式对转压气机试验结果及分析 |
| 6.1 试验结果的数据拟合 |
| 6.2 70 %换算转速下单处抽吸试验结果及其分析 |
| 6.2.1 R1处单独抽吸试验 |
| 6.2.2 R_2处单独抽吸试验 |
| 6.2.3 OGV处单独抽吸试验 |
| 6.2.4 单处抽吸效果对比 |
| 6.3 70 %换算转速下组合抽吸试验结果及其分析 |
| 6.3.1 R1、R_2组合抽吸试验 |
| 6.3.2 R1、OGV组合抽吸试验 |
| 6.3.3 R_2、OGV组合抽吸试验 |
| 6.3.4 组合抽吸效果评估 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 后期工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
（10）轴流压气机叶顶区域非定常流动及旋转不稳定性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 压气机内部不稳定流动研究现状 |
| 1.2.1 旋转失速及失速初始扰动 |
| 1.2.2 旋转不稳定性 |
| 1.2.3 叶顶区域非定常流动 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 轴流压气机转子实验研究方法 |
| 2.1 低速轴流压气机实验台 |
| 2.2 气动特性实验 |
| 2.2.1 测量方案 |
| 2.2.2 测量设备 |
| 2.2.3 五孔探针标定 |
| 2.2.4 不确定度评估 |
| 2.2.4.1 不确定度评估的意义和方法 |
| 2.2.4.2 气动特性测量的不确定度评估 |
| 2.2.5 压气机气动特性曲线 |
| 2.3 转子机匣壁面动态压力测量 |
| 2.3.1 动态压力传感器及数据采集设备 |
| 2.3.2 传感器安装方式 |
| 2.3.3 动态压力数据处理 |
| 2.4 PIV测量系统 |
| 2.4.1 PIV测速原理 |
| 2.4.2 PIV实验布置及系统组成 |
| 2.4.3 CCD相机标定 |
| 2.4.4 PIV实验不确定度分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 轴流压气机转子的数值模拟方法 |
| 3.1 数值模拟方法 |
| 3.1.1 控制方程 |
| 3.1.2 湍流模型 |
| 3.2 压气机流场的计算过程及求解方法 |
| 3.2.1 计算模型及网格 |
| 3.2.2 求解方法及边界条件 |
| 3.2.3 非定常计算脉动压力信号采集方法 |
| 3.3 计算结果验证 |
| 3.3.1 网格无关性验证 |
| 3.3.2 湍流模型验证 |
| 3.3.3 转子下游气动参数验证 |
| 3.3.4 时间步长验证 |
| 3.3.5 非定常特性验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 压气机转子旋转不稳定性研究 |
| 4.1 旋转不稳定性的实验研究 |
| 4.1.1 叶顶机匣动态压力测量方案 |
| 4.1.2 旋转不稳定性的识别 |
| 4.1.3 旋转不稳定性的频率特征 |
| 4.2 旋转不稳定性的数值模拟研究 |
| 4.2.1 非定常计算中压力信号的监测 |
| 4.2.2 不同工况下监测点压力信号 |
| 4.2.3 数值模拟中的旋转不稳定性现象 |
| 4.3 旋转不稳定性的模态分析 |
| 4.3.1 圆形管道周向模态分解方法 |
| 4.3.2 基于数值模拟的模态分解结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 压气机转子叶顶流场非定常振荡特性 |
| 5.1 转子叶顶流场的实验测量 |
| 5.1.1 转子叶顶区域速度场和压力场的测量及数据处理方法 |
| 5.1.2 速度场测试结果分析 |
| 5.1.3 压力场测试结果分析 |
| 5.2 叶顶流场的数值模拟研究 |
| 5.2.1 叶片表面均方根压力分布 |
| 5.2.2 不同流量叶顶区域的涡结构特征 |
| 5.3 叶顶泄漏涡对流场振荡的影响 |
| 5.3.1 叶顶泄漏涡的非定常振荡特性 |
| 5.3.2 叶顶泄漏涡与相邻叶片的干涉机制 |
| 5.4 前缘诱导涡对流场振荡的影响 |
| 5.4.1 前缘诱导涡的产生及发展 |
| 5.4.2 前缘诱导涡的周向迁移及其导致的频率 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 叶顶泄漏流振荡的周向传播机制 |
| 6.1 转子中叶顶泄漏流振荡的相位延迟现象 |
| 6.1.1 叶顶泄漏流振荡的相位延迟现象 |
| 6.1.2 相位延迟导致的周向传播特征 |
| 6.1.3 延迟时间Δt的确定 |
| 6.2 叶顶泄漏流振荡周向传播模型 |
| 6.2.1 理论推导 |
| 6.2.2 结果分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究工作总结 |
| 7.2 本文主要创新 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
四、梯状尖部间隙机匣处理对轴流压气机性能影响的实验研究（论文参考文献）
- [1]低反力度跨声速压气机转子间隙流动及其控制的数值研究[D]. 朱伟. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [2]不同叶尖几何形状对压气机转子性能影响的数值研究[D]. 冯铄轩. 大连海事大学, 2020(01)
- [3]跨声速压气机转子叶尖间隙流动研究[D]. 王佳奇. 沈阳航空航天大学, 2019(04)
- [4]跨声速轴流压气机自循环机匣处理的数值研究[D]. 石凯凯. 大连海事大学, 2019(06)
- [5]机匣处理对跨音速压气机转子气动特性的影响研究[D]. 徐昂. 中国民航大学, 2019(02)
- [6]阶梯状处理机匣对跨声速压气机转子稳定性的影响[D]. 阳尧. 沈阳航空航天大学, 2019(02)
- [7]斜坡槽式机匣处理实验研究及多目标优化设计[D]. 王立. 上海交通大学, 2018
- [8]轴流压气机内部流动分离和叶尖泄漏流抽吸控制策略及机理的研究[D]. 茅晓晨. 西北工业大学, 2018(02)
- [9]应用附面层抽吸的对转压气机气动特性机理分析及试验研究[D]. 史磊. 西北工业大学, 2017(01)
- [10]轴流压气机叶顶区域非定常流动及旋转不稳定性研究[D]. 王昊. 上海交通大学, 2016(03)