[發明專利]帶封嚴篦齒的高速軸流壓氣機的低速模化設計方法

有效

• 申請號: 201910255611.3
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110032784B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 滕金芳;居振州;盧炳瀟;吳東潤;朱銘敏;羌曉青
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種帶封嚴篦齒的高速軸流壓氣機的低速模化設計方法，根據高速軸流壓氣機的轉子與靜子葉片葉型模化設計，確定壓氣機篦齒封嚴腔低速模化設計方案并分別進行建模和網格劃分，并且通過雷諾平均NS方程求解設計點工況的流場數值解，對該流場進行不同方面的對比分析，最后將絕熱效率最接近高速原型的低速模化設計方案中的篦齒個數作為低速方案的最優篦齒個數以實現其優化制造。本發明采用低速模化設計，得到低速軸流壓氣機的篦齒數的最佳個數，為航空發動機軸流壓氣機篦齒數的設計提供方向。

技術領域

本發明涉及的是一種葉輪機械領域的技術，具體是一種帶封嚴篦齒的高速軸流壓氣機的低速模化氣動設計方法。

背景技術

軸流壓氣機的氣動設計為航空發動機研制中的關鍵技術，軸流壓氣機的轉子與靜子之間多采用篦齒封嚴腔結構來封氣，目的是減少轉子與靜子之間由于氣流逆壓梯度作用導致的漏氣現象，提高壓氣機的絕熱效率，并減少對壓氣機動穩定性的不利影響。軸流壓氣機篦齒封嚴處因存在徑向間隙，從而形成了泄漏流，其與葉片根部表面和環形端壁上的二次流相互摻混，使得該處的流場結構復雜。目前，封嚴腔泄漏已成為影響航空發動機性能的主要因素之一，進一步研究發現，篦齒封嚴腔流場特性的準確認識有助于提高航空發動機的性能。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種帶封嚴篦齒的高速軸流壓氣機的低速模化氣動設計方法，通過該方法設計低速大尺寸模型壓氣機實驗件來開展工作，能夠反映出高速原型壓氣機內部流場的結構特點和流場參數變化趨勢，從而對高速原型壓氣機進行針對性改進設計，實現高速軸流壓氣機的優化制造。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明根據高速、低速軸流壓氣機的轉子與靜子葉片葉型模化設計，確定壓氣機篦齒封嚴腔高速與低速模化設計方案并分別進行建模和網格劃分，并且通過雷諾平均NS方程求解設計點工況的流場數值解，對該流場進行不同方面的對比分析，最后將絕熱效率最接近高速原型的低速模化設計方案中的篦齒個數作為低速方案的最優篦齒個數以實現其優化制造。

所述的高速、低速軸流壓氣機的轉子與靜子葉片葉型模化設計是指：根據相似理論將高速軸流壓氣機的靜子葉片進行放大，再根據流場對靜子葉片幾何參數進行修改，保證高、低速下靜子葉片的氣動參數一致。

所述的壓氣機篦齒封嚴腔高速與低速模化設計方案包括：壓氣機篦齒封嚴腔高速設計方案和壓氣機篦齒封嚴腔低速模化設計方案，其中：壓氣機篦齒封嚴腔高速設計方案是指：將單個篦齒的幾何形狀、篦齒徑向間隙與葉高的比值、篦齒前后與主流交界面的軸向間隙與靜子葉片中徑弦長的比值、篦齒腔表面粗糙度；壓氣機篦齒封嚴腔低速模化設計方案是指：參照高速原型的篦齒數n，設計篦齒數為n-2、n-1和n三種低速模化方案，第一方案中：篦齒距離左側篦齒外環為5.8cm、篦齒高度為1.5cm、上方寬度為0.1cm、下方寬度為0.6cm、篦齒間隙為0.08cm、篦齒斜角為72°；第二方案中：篦齒距離左側篦齒外環為5.8cm、篦齒高度為1.5cm、上方寬度為0.1cm、下方寬度為0.6cm、篦齒間隙為0.08cm、篦齒斜角為72°、兩個篦齒之間的距離為0.8cm；第三方案中：篦齒距離左側篦齒外環距離為3.2cm、篦齒高度1.5cm、上方寬度為0.1cm、下方寬度為0.6cm、篦齒間隙為0.08cm、篦齒斜角為72°、兩個篦齒之間的距離為0.8cm。

所述的建模，針對壓氣機篦齒封嚴腔低速模化設計方案和光壁方案進行建模。

所述的網格劃分是指：主流區采用O4H網格分區，封嚴腔內采用H型網格，保證主流區與封嚴腔較好過渡，第一層網格高度設置為3*10^-6m，網格的最小正交性保證30°。