高負荷壓氣機定常/非定常流動機理及流動控制研究

《高負荷壓氣機定常/非定常流動機理及流動控制研究》是依託西安交通大學，由席光擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：高負荷壓氣機定常/非定常流動機理及流動控制研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：席光
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

隨著軍用與民用領域對先進推進系統動力裝置的迫切需求以及石油、化工、冶金等過程工業節能減排的環保要求，透平壓氣機不斷向高壓比、高轉速以及高負荷的方向發展，其內部流動表現出強三維性以及非定常等特徵。要進一步提高壓氣機的性能，必須對其內部流動機理以及控制流動損失的新手段開展深入研究。本項目主要選擇對透平壓氣機性能產生重要影響的三類流動:（1）高負荷軸流及半開式離心式壓氣機葉頂間隙流動（2）多級離心式壓氣機閉式葉輪蓋盤外側間隙流動、密封流動（3）多級離心壓氣機靜止部件間的時序效應， 開展系統深入的研究。在深入認識壓氣機內部流動機理的基礎上探索對其流動損失控制的新理論、新方法；探討軸流式與離心式兩類壓氣機設計思想融合與相互借鑑的理論方法，為發展高壓比，大負荷的高性能軸流及離心壓氣機的設計提供理論支撐。

結題摘要

隨著流體機械、航空發動機、工業燃氣輪機等動力裝置不斷提升節能水平的要求，透平式壓氣機的單級壓比及氣動負荷參數越來越高。本項目圍繞高負荷壓氣機的關鍵科學問題，開展了如下幾個方面的研究：（1）壓氣機靜止部件間的時序效應； （2）壓氣機內部葉頂間隙流動、葉輪蓋盤外側間隙流動及與流道主流相互作用的非定常機理；（3）流動控制機理及技術，包括壓氣機自適應流通處理機匣，壓氣機靜止部件機匣處理，非軸對稱端壁造型流動控制，旋轉圓盤微槽減阻等方面的研究。 項目研究所獲得的學術成果主要包括：（1）在機理揭示層面，揭示了離心壓氣機靜葉葉列間的時序效應，闡明了壓氣機動葉葉頂間隙泄漏流動的定常/非定常特性及其作用機理，建立了適用於離心葉輪葉頂間隙泄漏渦核軌跡的預測模型；（2）在研究方法和技術層面，建立了離心壓氣機葉輪葉片表面壓力測量的旋轉遙測系統和擴壓器瞬態壓力測試系統，實現了壓氣機動葉、靜葉內高頻動態壓力的測量，發展了MPS、高精度擬譜元方法等基礎流動算法和基於改進的時間傾斜運算元的葉輪機械非定常流動數值分析方法及RANS/LES混合計算方法，提出了葉片擴壓器機匣、自適應流通處理機匣、葉頂噴氣和組合機匣及非軸對稱端壁等擴穩流動控制方法。 截至目前，共發表SCI國際期刊論文54篇，EI收錄論文95篇，申請發明專利14項(其中6項已經授權)，授權軟體著作權1項，出版中文專著2部、參與編寫英文專著1部、參與編寫中文教材1部，培養博士研究生10名、碩士研究生32名，本項目的研究成果在工程中得到轉化套用，獲得省部級科技進步獎一等獎、二等獎各1項。