高负荷风扇/压气机特性及稳定边界计算方法

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高负荷风扇/压气机在设计过程中,其特性及稳定边界的预估具有十分重要的工程意义和实用价值。基于此类需求,本文针对高负荷风扇/压气机二维特性及稳定边界的计算方法进行了相关的研究。采用数值模拟方法,对两级高负荷风扇各叶排不同叶高处的叶型进行二维数值计算,分析了高负荷叶栅的特性变化特点,并整理出可用于基元叶栅非基准落后角和非基准损失计算的相关模型;对两级高负荷风扇进行多个转速下的三维计算,并对第一级转子和第一级单独进行计算,分析了特性变化及典型工况下叶排气流参数沿径向的分布和流场结构;通过二维叶栅计算和三维风扇计算中同一叶栅性能的比较,分析三维效应对叶栅落后角和损失产生的影响;并考察了不同转子叶尖间隙下风扇的特性、气流参数及稳定边界的变化以及径向间隙对风扇最大静压升系数的影响。运用半经验半理论方法,以数值计算结果为基础对用于高负荷风扇/压气机特性及稳定边界预估的基元叶栅法进行了相关研究,具体包括子午流面上正问题分析方法、落后角及损失模型和稳定边界判定方法。使用针对高负荷风扇/压气机特性及稳定边界的计算方法对两级高负荷风扇进行了数值模拟,并对其第一级转子和第一级单独进行了数值计算,分析了风扇特性变化和各个转静叶片气流参数沿径向的分布,同时应用最大静压升系数法对风扇的稳定边界做出预估,并将上述结果与NUMECA三维计算进行了详细的对比。结果表明,针对高负荷风扇/压气机特性及稳定边界计算的基元叶栅法可用于高负荷风扇/压气机特性和稳定边界的计算。为了更加准确的模拟出高负荷风扇/压气机的特性及稳定边界,还需要更为丰富的数值模拟计算和大量的平面叶栅和风扇的试验,以进一步完善落后角及损失模型。
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