【正文】 葉頂間隙對(duì)高速轉(zhuǎn)子流場(chǎng)影響的數(shù)值研究畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 研究背景及意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 發(fā)展趨勢(shì) 3 NUMECA軟件介紹 4 本文研究方案 5 主要研究?jī)?nèi)容 5第2章 建模及網(wǎng)格劃分 7 NASA轉(zhuǎn)子37 7 網(wǎng)格的劃分 8第3章 數(shù)值計(jì)算和邊界條件設(shè)定 12 控制方程及湍流模型 12 邊界條件設(shè)定及初始解 15 邊界條件 15 初始條件 18 收斂準(zhǔn)則 19第4章 計(jì)算結(jié)果分析 21 葉頂間隙取值 21 計(jì)算結(jié)果分析 21第5章 總結(jié)與展望 40 總結(jié) 40 展望 40參考文獻(xiàn) 41致謝 43浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文1第1章 緒論 研究背景及意義壓縮機(jī)動(dòng)葉的頂端存在葉頂間隙。由于葉片吸入側(cè)（SS）和壓力側(cè)（PS）之間存在壓力差，因而在該間隙處會(huì)產(chǎn)生從PS到SS的流體流動(dòng)。因?yàn)檫@種流動(dòng)十分復(fù)雜，并對(duì)壓縮機(jī)的性能和穩(wěn)定性存在巨大的影響。對(duì)這種流動(dòng)的研究一直都是壓縮機(jī)流動(dòng)研究領(lǐng)域的熱門話題之一。在實(shí)驗(yàn)和研究手段日趨發(fā)展的今天，壓 縮 機(jī)定常非定常流場(chǎng)的研究仍面臨著一些理論及實(shí)驗(yàn)測(cè)量的困難，因而數(shù)值模擬成為了一種普 適性的方法。它不 僅避免了實(shí)驗(yàn)測(cè)量產(chǎn)生的 誤差，還能節(jié)省高昂的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開 支，并詳細(xì)清 楚 地顯示了壓縮機(jī)流場(chǎng)的復(fù) 雜變化情況，為壓縮機(jī)定常非定 常流動(dòng) 研究提供了充分的數(shù) 據(jù)支持。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為壓縮機(jī)動(dòng)葉頂端的主要流動(dòng)，葉頂間隙 流動(dòng)與壓縮機(jī)的性能和穩(wěn)定性緊密相連，自20世紀(jì)50年代以 來(lái)就一直備受相關(guān)科研人員的密切關(guān)注。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀早些年就有很多人進(jìn)行過(guò)壓縮機(jī)葉頂間隙流動(dòng)動(dòng)的研 究。而近幾年，隨信息技術(shù)和計(jì)算手段的不斷 發(fā)展，國(guó)內(nèi)有越來(lái)越多的科研人員投入到了該領(lǐng)域的研究中，并取得了不少備受矚目的成果。為了研究葉頂間隙對(duì)壓縮機(jī)性能影響，劉長(zhǎng) 勝等人 對(duì)兩個(gè) 不同 半開式離心壓縮機(jī)葉輪不同葉頂間隙條件下的三維粘性流場(chǎng)進(jìn)行了 分析 。其分 析結(jié)果顯示，流動(dòng)效率及壓比隨間隙大小的減小而增大，對(duì)壓縮機(jī) 的性 能有巨大的影響[1] 。馬文 生等人的相關(guān)研究結(jié)果則表明，由于葉 片壓力側(cè)和吸入側(cè)存在壓差，流體穿過(guò)葉 頂間隙形成泄露流動(dòng)，并在通道內(nèi)形成漩渦流動(dòng)，與主流流體 相互影響從而導(dǎo) 致熵的增加，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的效率[2]。高學(xué)林 和袁新利用雙重時(shí)間 步法對(duì)某 含靜葉氣 封和動(dòng)葉葉頂間隙的亞音速軸流壓縮機(jī)中間 三排葉 片所在的 流道進(jìn)行 建 模并進(jìn)行 非定常數(shù)值模擬 ，得出非定常計(jì)算得出的效 率比定常計(jì)算高 1% 左右的 結(jié)論[3]。此外，他們還對(duì)該壓縮機(jī)中間三排 葉片進(jìn)行了定常 與非定常數(shù)值模擬，分析 在不 同的靜葉氣封間隙和動(dòng)葉葉頂間隙組合 下壓縮機(jī)的流動(dòng)特性，也取得了一定的成果[4]。西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能 源學(xué)院對(duì)軸流式壓縮機(jī) 孤立轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了三 維數(shù)值模擬。其數(shù)值計(jì)算結(jié)果與 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析證明了程序能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)孤立轉(zhuǎn)子的總性能和基 元性能[5]。此外，動(dòng)葉頂端流動(dòng)的特性如：其 造成的損失、泄漏渦的特性、間隙 流動(dòng)的形式等，也有較大的進(jìn)展。張燕峰針 、楚武利和吳艷輝對(duì)葉尖率先出現(xiàn)失速信號(hào)的一亞音速軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子作了數(shù)值模 擬。其結(jié)果表 明，不同間 隙 條件 下泄漏渦的運(yùn)行特性與壓 縮機(jī)的性能 及穩(wěn)定性密切 相關(guān) [6]。 國(guó)外研究現(xiàn)狀隨著CFD軟件及其他各類技 術(shù) 的發(fā)展 完善，許 多 國(guó)外的研究者也取 得不少 舉世矚目的成果。壓縮機(jī)流動(dòng)的性能及效率取決于通道流動(dòng)部分 的能量損失。Rains提出無(wú)論實(shí)驗(yàn)研究或者 理論研究，深入了解葉頂 間隙流動(dòng)就應(yīng)該關(guān)注其引起的損失。同 時(shí)，他 還說(shuō)壓縮機(jī)效率高低的判斷 應(yīng)該 以葉 頂間隙 流引起的損失為依據(jù)[7]。隨時(shí)代的變化，葉頂間隙流動(dòng)的 測(cè)量也更加簡(jiǎn)單、精確。利用旋轉(zhuǎn) 式五孔探針 Lakshminara yana等人詳細(xì)測(cè)量了以軸流壓 縮機(jī)的轉(zhuǎn) 子 葉片頂 端區(qū) 域。對(duì)26%的葉片高度處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)解釋 了葉片頂端區(qū)域流動(dòng)的復(fù)雜性，其中包含了葉頂泄露流、葉片 尾跡和環(huán)壁邊界層的干擾[8]。通過(guò)對(duì)小型高 速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子近機(jī) 匣處的流場(chǎng) 的數(shù)值模擬 研究，吳艷輝等人發(fā)現(xiàn)葉頂泄漏渦在 近失 速情況下的轉(zhuǎn)子通道內(nèi)發(fā)生破 碎。渦破碎導(dǎo)致低能流體在外壁處大量聚集，從而造 成了外壁 邊界層嚴(yán)重堵塞。由于渦破碎的近 失速情況，葉頂間隙渦附近形成了一個(gè)低速區(qū)。當(dāng)質(zhì)量流量進(jìn)一步 減少時(shí)，流體在該區(qū)域迅速積聚并向上游移去。同時(shí)，該區(qū)域會(huì)阻止來(lái)流通過(guò)壓力側(cè)，并推動(dòng)葉頂泄露流從壓 力側(cè)涌入鄰近的葉片通道。此外，還發(fā)現(xiàn)即使在近失速狀態(tài)，葉頂泄露流也會(huì)對(duì) 吸入側(cè)邊界層的發(fā)展產(chǎn)生影響[9]。利用激光多普勒儀Mailach等人 對(duì)德雷斯頓低速壓縮機(jī)第三級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉柵的周期性非定常流場(chǎng)進(jìn)行了研究。并對(duì) 轉(zhuǎn)子葉片中截面及葉頂?shù)葞讉€(gè)展向進(jìn)行討論。此外，借助壓力傳感器還提供轉(zhuǎn)子非定常流 場(chǎng)的相關(guān)信息。其中，葉片中截面的流場(chǎng)是通過(guò)取穩(wěn)定極限附近的一個(gè)工作點(diǎn)和設(shè) 計(jì)工作點(diǎn)來(lái)觀察葉柵的干擾過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了轉(zhuǎn)子葉尖間隙渦和定子 尾流對(duì)葉頂?shù)牧鲌?chǎng)的強(qiáng)大的周期性干擾作用[10，11]。Chunill等人對(duì) 動(dòng)葉葉頂 間隙處的 漩 渦脫落及 其造成的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行了研究[12]。K252。nzelmann等人則對(duì)多極軸流 式壓縮 機(jī)的 定常非定常 研究進(jìn) 行了綜述[13]。此外Inoue和Kuroumaru利用 旋轉(zhuǎn)式五孔探針技術(shù)對(duì)軸流式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉頂區(qū)域的流場(chǎng)進(jìn)行 了詳細(xì)測(cè)量。其切向，徑向和軸向相對(duì)速度分量，以及停滯壓力和靜態(tài)壓力，均有兩個(gè)軸向 位置，一個(gè)在轉(zhuǎn)子下游，另一個(gè)在轉(zhuǎn)子后緣。測(cè)量范圍包括了26%的葉片。這些數(shù)據(jù)體現(xiàn)出葉尖區(qū)域復(fù)雜流動(dòng)，受到了環(huán)壁邊界層，葉片尾跡和葉尖泄漏流的影響。泄漏射流 在葉尖間隙內(nèi)具有極高的速度并會(huì)與主流快速混合，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的流動(dòng)分離與剪切[14]。 發(fā)展趨勢(shì) 作為目前領(lǐng)域內(nèi)的前沿?zé)狳c(diǎn) 研究領(lǐng)域之一，世界國(guó)家 一直沒(méi)有 間 斷過(guò)流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)細(xì)節(jié)及流 動(dòng)機(jī)理方面的試驗(yàn)研究 工作，同時(shí)，這是一項(xiàng) 巨大而 艱苦的工作，需要多方面合 作進(jìn)行。目前， 非定常流動(dòng)方面的 研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者已 經(jīng)比較深 入。用于壓氣 機(jī)動(dòng)靜相干 非定常流場(chǎng)和管 道內(nèi)橫向射流 的研究的研究的粒子圖像 速度場(chǎng)儀技 術(shù)（ PIV）；用于風(fēng)機(jī)葉輪流場(chǎng)測(cè)試等研究的