多级轴流压气机喘振特性分析.doc

第52卷第4期 2010年8月 汽　轮　机　技　术T URB I N E TECHNOLOGY Vol . 52No . 4Aug . 2010 多级轴流压气机喘振特性分析 胡江峰, 欧阳华, 何　磊, 杜朝辉 1 1 2 1 (1上海交通大学机械与动力工程学院, 上海200240; 2上海汽轮机厂有限公司, 上海200240 摘要:基于求解三维雷诺平均N -S 方程, 采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术, 结合S palart -A lla maras 一方程湍流模型, 对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算, 分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明:在近喘振点时气流流量减小, 在叶片吸力面尾缘处容易出现分离, 而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好, 可为压气机的设计和优化提供参考。关键词:湍流模型; 轴流压气机; 数值计算; 三维流场分类号:TK472　　　文献标识码:A 　　　文章编号:100125884(2010 0420250203 Perfor mance Analysis ofMultistage Axial Comp ressor at Surge Conditions HU J iang 2feng , OU Y ANG 2hua , HE Lei , DU Zhao 2hui 1 1 2 1 (1School ofMechanical Engineering, Shanghai J iaotong University, Shanghai 200240, 2Shanghai Turbine Plant Company L i m ited, 200240, China Abstract:I n this paper, the internal fl ow of the multistage axial or was averaged N 2S f or mulati on and one for mulati on tubulence model at off m p PC w ork parallel computati onal technique . The perfor ow show that mass fl ow rate decreases and fl ow at blade r oot near the choke points . CF D results are good can used f or design and op ti m izati on of comp ress or . Key m ; i a l co m pressor; nu m er i ca l si m ul a ti on; 3D flow f i eld 0　前　言 现代燃气轮机发展要求压气机在非设计工况也要有良好的性能, 通过对非设计点工况尤其是近喘振工况点流动机理进行分析, 可对提高压气机稳定性和改善稳定裕度提供参考。目前, 全三维的多级压气机CF D 计算技术已完全参与到多级压气机的设计开发过程中, 并取得了很多成果。 [1] Steven 采用多级CF D 技术分析修正5～11级静叶叶型出口角, 解决了该压气机中间几级效率偏低的问题。Man 2 [2, 3] s our 使用多级CF D 程序AP NAS A 研究分析, 通过调整动叶出口角和静叶安装角来修正压气机部分动、静叶叶型的方法, 解决了压气机的初步设计结果级间匹配不能满足设计要求的问题。相比之下, 国内在这方面起步则相对较晚, 但也做了很多研究工作[4-6]。总的来说, 目前国外系统化地试验与多级CF D 技术相结合的压气机设计理念已经形成, 通过计算掌握压气机内部流场的真实分布, 以便能够更好地进行压气机的设计和改良。 本文对某型号多级轴流压气机4个非设计点工况进行了数值计算, 并与试验结果进行了对比, 一方面对本文使用的CF D 数值方法进行验证; 另一方面, 通过对级间流场分析, 讨论了稳定工况和近喘振工况下流动特性差异, 以及流　收稿日期:2009211207　　　　　 气机级间参数实验数据的基础上, CF D 结果可作为多级轴流 压气机设计参考可行性和意义。 1　网格模型及数值方法 包括进出口导叶, 压气机为13级, 如图1所示。压气机进、出口段网格采用H 型拓扑结构, 叶片段采用O 型拓扑结构, 网格总数5343030 。 图1　压气机整体计算网格示意图 采用三维黏性N -S 方程求解程序Fine /Turbo对4种转 速下工况分别进行定常计算。工质为理想气体, CF L 数取2, 动静交接面采用混合平面模型。由于S -A 模型能较好地模拟堵塞点附近流量变化小而效率压比急剧下降的现象,