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　　摘要】為了研究某型壓氣機(jī)葉頂間隙對氣動性能的影響，對該壓氣機(jī)的第7、8級開展了三維數(shù)值計算，考察了不同的葉頂間隙下壓氣機(jī)氣動性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)間隙增大時，端區(qū)泄漏流動增強(qiáng)，導(dǎo)致端區(qū)通流能力下降，葉柵中部的通流能力隨之增強(qiáng).各級壓氣機(jī)的壓比減小，效率降低。

　　【關(guān)鍵詞】壓氣機(jī);葉頂間隙;數(shù)值模擬;氣動性能

　　0.引言

　　葉頂間隙流動對壓氣機(jī)的氣動性能影響重大_ll國內(nèi)外學(xué)者針對葉頂間隙對壓氣機(jī)總體性能及間隙流動的特性與機(jī)理開展了深入研究，提出了許多損失模型.獲得了比較滿意的結(jié)果[3I。國外的學(xué)者Jefferson和Wellborn通過實驗結(jié)合數(shù)值模擬.細(xì)致研究了葉頂間隙對低速多級軸流壓氣機(jī)整體性能的影響.結(jié)果表明在多級低速軸流壓氣機(jī)中，頂部間隙與葉高之比每增加1%.效率下降約1%。

　　相關(guān)期刊推薦：《推進(jìn)技術(shù)》雜志是由中國航天機(jī)電集團(tuán)公司主管、該公司第三研究院第31研究所主辦的全國優(yōu)秀科技期刊。于1980年創(chuàng)刊，現(xiàn)為雙月刊，國內(nèi)外公開發(fā)行。主要刊登各類導(dǎo)彈、運(yùn)載器和航天器動力裝置在理論研究、設(shè)計、試驗、生產(chǎn)和使用方面的學(xué)術(shù)論文、研究報告、科技動態(tài)、文獻(xiàn)綜述以及該技術(shù)在民用中的推廣和應(yīng)用等文章。旨在促進(jìn)學(xué)術(shù)交流和科技成果向商品的轉(zhuǎn)化。

　　本文對某型壓氣機(jī)的第7.8級進(jìn)行建模.通過三維CFD數(shù)值計算研究壓氣機(jī)葉片頂部間隙的變化對壓氣機(jī)整體氣動性能的影響規(guī)律。

　　1.計算模型與數(shù)值方法

　　本文選取某型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的第7級和第8級為研究對象.圖1為計算用的兩級壓氣機(jī)模型與網(wǎng)格

　　所有計算均基于商業(yè)軟件Numeca進(jìn)行.網(wǎng)格劃分采用Numeca的Auto—Grid模塊，網(wǎng)格拓?fù)錇镠OH形式，網(wǎng)格總數(shù)為650萬。壁面網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密，確保y+值小于3。求解器為Numeca的Fine/Turbo模塊，湍流模型采用sA模型，差分格式選用具有二階精度的TVD迎風(fēng)格式，并采用多重網(wǎng)格法加速收斂。所有的計算按壓氣機(jī)設(shè)計工況給定邊界條件，進(jìn)口給定總溫、總壓和氣流角，出I：1給定背壓。

　　2.結(jié)果分析

　　2.1葉頂間隙對壓氣機(jī)整級效率和壓比的影響

　　表1所示的是設(shè)計點(diǎn)附近效率和壓比隨間隙的變化規(guī)律從表中可以發(fā)現(xiàn)，隨著葉頂間隙的增大.兩級壓氣機(jī)和各級壓氣機(jī)的壓比和效率都有所減小

　　2、3可以明顯的看出動葉頂部間隙大小的變化并沒有造成動葉的效率沿葉片展向的分布發(fā)生很大的變化.間隙變化前后具有相同的分布規(guī)律。但是在動葉上端壁處由于動葉頂部間隙增大而造成了間隙內(nèi)的泄漏流動增強(qiáng).進(jìn)而引起動葉近上端壁處的效率減小。在R07的95%以上的葉高范圍內(nèi).間隙增大造成的效率減小較為明顯.最大減小了3-4個百分點(diǎn)：而R08的上端壁，由于間隙增大造成的效率減小也很明顯。最大約減小1—2個百分點(diǎn)

　　2.2葉頂間隙對葉柵出口軸向速度的影響

　　圖4給出了各列葉柵出I=1軸向速度沿葉高分布。從圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)葉片的徑向間隙加大后在各列葉柵主流區(qū)的軸向速度都有所增大，而上下端壁的軸向速度減小。造成這種變化的主要原因是徑向間隙的增加導(dǎo)致了間隙內(nèi)泄漏流動的增強(qiáng).泄漏渦強(qiáng)度增大.進(jìn)而導(dǎo)致端區(qū)的通流能力減弱。又因為各級的流量相同，整個葉高范圍內(nèi)的總通流能力相同.端區(qū)的通流能力減弱必然造成主流區(qū)的通流能力的增強(qiáng)。

　　雖然軸向速度在總體的趨勢上存在上述的變化規(guī)律.但是間隙增大帶來的各列葉柵上軸向速度分布的具體變化還有一定的區(qū)別在R07和R08上可以很明顯的看出上述的變化規(guī)律.由于動葉頂部間隙泄漏渦的強(qiáng)度增大導(dǎo)致了頂部通流能力減弱.主流區(qū)通流能力增強(qiáng)但是R07下端壁通流能力基本不變.而R08的下端壁通流能力明顯增強(qiáng)了這主要是因為前一級靜葉S07近下端壁處間隙泄漏流動造成的。在第一級靜葉S07上，由于靜葉葉根泄漏渦強(qiáng)度的增加.下端壁的通流能力減弱.主流區(qū)的通流能力增強(qiáng)，由于該級動葉葉頂間隙的影響緊靠上端壁處的通流能力有所增加。在第二級靜葉S08上，由于前面各列葉柵間隙流動沿展向的影響范圍增大和該列葉柵下端壁處的間隙泄漏流動增強(qiáng)，這兩個因素共同作用使得在整個葉高上間隙變化造成的通流能力變化不大。

　　2.3葉頂間隙對葉柵三維流場的影響

　　圖5和圖6分別為各列葉柵在兩個不同間隙下的吸力面極限流線從圖中可以看出。R07和R08角區(qū)分離沒有明顯變化，S07和S08的角區(qū)分離范圍隨著間隙增加而增加。造成這種結(jié)果的主要原因是由于動葉葉頂間隙增加導(dǎo)致了泄漏流動和泄漏渦的增強(qiáng)，這一擾動傳遞到下游靜葉端區(qū).由于粘性及非定常效應(yīng).加劇了靜葉端壁的二次流動.使得靜葉角區(qū)的分離范圍隨之增加。

　　3.結(jié)論

　　本文以某型壓氣機(jī)的第7級和第8級為研究對象.通過數(shù)值計算分析了葉頂間隙的變化對壓氣機(jī)氣動性能的影響規(guī)律結(jié)果表明.當(dāng)葉頂間隙增大時，葉柵頂部泄漏流動增強(qiáng)，導(dǎo)致端區(qū)通流能力下降.角區(qū)分離范圍隨之增加.同時葉柵中部的通流能力增強(qiáng).改變了壓氣機(jī)的匹配原則，并導(dǎo)致各級壓氣機(jī)的壓比減小，效率降低。