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随着压气机向高压比和高级负荷方向发展,压气机端壁和叶片吸力面附面层承受着更大的逆压力梯度,更容易发生流动分离,导致其气动稳定性更加难以得到保障,因此压气机气动稳定性研究十分重要。本文主要在Koch最大静压升系数法这一压气机稳定边界预测方法的背景下,分别针对压气机最大静压升系数和有效静压升系数展开研究。
研究内容主要分为三大部分。一是以两台多级压气机为例,进一步验证了利用最大静压升系数法预测压气机稳定边界的有效性和准确性,分析了设计参数对压气机稳定性的影响。结果表明:压气机稳定边界点的预测值与试验值的相对误差控制在正负5%以内。各压气机有效静压升系数沿径向近似线性分布。叶尖间隙增大、轴向间隙增大或雷诺数降低会导致压气机稳定边界向下方移动。
二是借鉴将压气机类比为扩压器的思想,系统深入地探究了变几何和变马赫数情况最大静压升系数与无量纲长度的关联曲线。结果表明:马赫数对最大静压升系数的影响与静压升系数定义方式有关。当静压升系数定义为级进出口静压差与进口总压静压差的比值即Ch2时,马赫数对最大静压升系数的影响几乎可以不计。在满足流体不可压、附面层无量纲位移厚度约6.4%,或流体可压、静压升系数定义为Ch2、附面层无量纲位移厚度在3.8%至7.7%之间的前提下,扩压器的最大静压升系数关联曲线才能用于压气机稳定边界预测。
三是基于压气机叶片扭向规律推导了有效静压升系数径向分布的数学解析式,并以三台压气机为例验证了利用该解析式预测有效静压升系数径向分布的有效性和准确性,同时分析了相关参数对有效静压升系数径向分布的影响。结果表明:该解析式在绝大部分叶高范围对有效静压升系数的预测误差控制在正负5%内。转子绝热效率、静子总压恢复系数和轮缘功对预测准确度具有决定性影响,而级进出口半径差异的影响基本可以不计。除了某单级压气机,其他压气机上解析式的转子绝热效率和静子总压恢复取中径值比取径向均值的预测准确度高。除了某六级高压压气机的解析式须采用介于等环量和等反力度之间的过渡规律,其他压气机对叶片扭向规律类型没有硬性要求。另外,利用等环量规律预测了不同轮毂比下的有效静压升系数径向分布,发现一定轮毂比范围内的有效静压升系数分布近似呈线性;轮毂比过小,叶片过长,线性分布特点逐渐消失。
研究内容主要分为三大部分。一是以两台多级压气机为例,进一步验证了利用最大静压升系数法预测压气机稳定边界的有效性和准确性,分析了设计参数对压气机稳定性的影响。结果表明:压气机稳定边界点的预测值与试验值的相对误差控制在正负5%以内。各压气机有效静压升系数沿径向近似线性分布。叶尖间隙增大、轴向间隙增大或雷诺数降低会导致压气机稳定边界向下方移动。
二是借鉴将压气机类比为扩压器的思想,系统深入地探究了变几何和变马赫数情况最大静压升系数与无量纲长度的关联曲线。结果表明:马赫数对最大静压升系数的影响与静压升系数定义方式有关。当静压升系数定义为级进出口静压差与进口总压静压差的比值即Ch2时,马赫数对最大静压升系数的影响几乎可以不计。在满足流体不可压、附面层无量纲位移厚度约6.4%,或流体可压、静压升系数定义为Ch2、附面层无量纲位移厚度在3.8%至7.7%之间的前提下,扩压器的最大静压升系数关联曲线才能用于压气机稳定边界预测。
三是基于压气机叶片扭向规律推导了有效静压升系数径向分布的数学解析式,并以三台压气机为例验证了利用该解析式预测有效静压升系数径向分布的有效性和准确性,同时分析了相关参数对有效静压升系数径向分布的影响。结果表明:该解析式在绝大部分叶高范围对有效静压升系数的预测误差控制在正负5%内。转子绝热效率、静子总压恢复系数和轮缘功对预测准确度具有决定性影响,而级进出口半径差异的影响基本可以不计。除了某单级压气机,其他压气机上解析式的转子绝热效率和静子总压恢复取中径值比取径向均值的预测准确度高。除了某六级高压压气机的解析式须采用介于等环量和等反力度之间的过渡规律,其他压气机对叶片扭向规律类型没有硬性要求。另外,利用等环量规律预测了不同轮毂比下的有效静压升系数径向分布,发现一定轮毂比范围内的有效静压升系数分布近似呈线性;轮毂比过小,叶片过长,线性分布特点逐渐消失。