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船用燃机低压压气机改型设计及损失分析方法研究
| 论文题名： | 船用燃机低压压气机改型设计及损失分析方法研究 |
| 关键词： | 船用燃气轮机;压气机;展弦比;喘振裕度;叶型损失;气动性能 |
| 摘要： | 燃气轮机作为一种先进的舰船动力系统，它的发展水平直接决定了一个国家保障海洋资源和海上安全的能力，更在一定程度上反映了国家工业和制造业的发展水平。对于一个船用燃气轮机来说，低压压气机是处于最前端的主要部件，低压压气机具有良好的气动性能和较宽的稳定工作范围就显得尤其重要。区别于航空发动机，船用燃气轮机压气机的运行环境、工作特点和严格的低工况要求，使得多级压气机的攻角匹配、展弦比选取等都具有明显的特点，有待开展深入研究。 本文以8级船用燃机低压压气机为研究对象，基于数值模拟的方法，研究了展弦比等参数对压气机跨声速动叶和亚声速动叶性能的影响。分析了展弦比等参数对叶型损失的影响规律，探讨了多级压气机内损失的分析方法。完成了8级压气机的改型设计，提高了压气机的设计点效率的同时，拓宽了改型压气机在60％转速下的稳定工作范围。 首先，选取某8级船用燃机低压压气机的第一级动叶和第四级动叶为研究对象，通过改变叶片弦长的方法确定5种展弦比方案，对不同展弦比的跨声速动叶和亚声速动叶进行数值模拟，分析了展弦比影响跨声速动叶和亚声速动叶性能的原因。结果表明:展弦比的变化会导致叶片附面层厚度以及跨声速动叶叶顶激波强度的改变，进而影响压气机的性能。 然后，选取不同展弦比亚声速动叶的中间截面叶型为研究对象，计算了不同展弦比平面叶栅的变攻角特性及变马赫数特性，分析了展弦比对亚声速叶栅叶型损失的影响。通过在上下端壁采用滑移边界条件的方法，探讨了多级压气机的端壁损失分离方法，对比了设计工况点和低工况点各类损失的逐级分布。结果表明:大展弦比叶栅叶型损失对正攻角变化较为敏感，小展弦比叶片对负攻角变化较为敏感;叶型损失随着马赫数的增加而增大;在多级压气机中端壁损失逐级增加，不同工况下压气机各类损失占比不同，低工况时泄漏损失和端壁损失都比设计点有所增加。 最后，确定了8级压气机的展弦比改型方案，经过数值模拟，改型机设计点效率比原型机提高了0.42％，并调整前四排导叶转角使低工况喘振裕度达到原型机水平，满足了改型要求。 |
| 作者： | 侯亚欣 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 姜斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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