压缩机的端壁设计-外文翻译

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压缩机的端壁设计

基兰·奥乔布尔罗伯特·j·米勒

（惠特尔实验室，剑桥大学，剑桥 CB2 1TN，英国电子邮件:rjm76@cam.ac.uk）

摘要：压缩机的工作范围通常受限于三元的快速增长端壁流动区域的三维分离。相比之下，自由泳区域

通常不接近扩散极限，对整体范围影响不大。在针对这两种不同的流动区域，本文研究了速度三角形在

其中的作用端壁区域的设计应使跨壁失效更加平衡叶列的跨度。在本文的第一部分，对 a中三维分色的

灵敏度进行了研究在实际的多级入口条件和端壁条件下，单叶片排的变化尝试了。结果表明，叶片的三

维分离尺寸主要受进气端壁内的动压“重复级”边界层和而不是在叶片行中详细的局部几何形状。在本

文的第二部分，对传统的设计过程是“翻转”的。而不是重新设计一个刀片的端壁 geome-试着处理进入

叶片排的一个特殊的进口剖面，端壁区域是 rede-在多级环境中签署，以“调整”下游叶片的进口剖面

行，给了设计师一个新的额外的自由度。这个额外的自由度是利用平衡毛石和端壁操作范围，导致压缩

机增加了 20%的操作范围。如果增加的操作范围是结果表明，设计效率提高了 0.5%可以解锁。

1. 介绍

一个典型的压缩机设计过程包括最初使用 A采用过流法设计叶片速度三角形张成的空间。

通流设计往往利用广泛性实验数据确定径向剖面。这些径向轮廓然后被锁定，和三维计算流体

动力学(CFD)被用来改进端壁设计，两者都是通过引入倾斜和扫描，并通过微调叶片角度。这些

的目的传统的设计过程是保证每排叶片满足要求其所需的工作范围与规定的进口配置文件，与

最小的损失。在这个设计过程中固有的是 rede-的思想对刀片的端壁区域进行签名以达到所需的

范围具有指定的入口配置文件。这种量身定制的轮廓是实现在重复的舞台环境中进行设计。这个

方法是显示给设计师一个额外的自由度和开放提高自由流的平衡范围的可能性和端壁区域的流

动，一个自由不开放的设计师使用传统的设计流程。更平衡的跨域失败-ure 扩展了整个操作范

围，这反过来又可以改善了压缩机的设计性能。这种新的设计理念的一个例子如图1所示。

图1重复级定子三维流场

CFD 是在一个重复的舞台环境中进行的理想的叶冠端壁拓扑结构。案件的详情稍后公布在

这篇文章中。LHS 的情节显示了一个刀片设计在一个女巫一对设计过程。在这种情况下，叶片

进口和出口金属角度轮廓是通过一个通流来设置的。三维 CFD 然后是用来微调叶片角度，并介

绍精益和扫描。RHS 图展示了概述的新设计理念在这篇文章中。该设计是在重复阶段进行的

envi-律所。在这种情况下，设计者设计了速度三角形在端壁区域增加角，局部提高流动系数。

这额外的自由度允许设计师实现更多的平衡设计跨越叶片跨度，与尾流更多统一的径向。在多

级设计中，指定入口轮廓线和的思想满足范围要求鼓励非常“以叶片为中心”端壁设计视图。

在此视图中，入口配置文件设置径向分布的德哈勒数，或静压上升系数而 cient 则是端壁设计

过程的输入。

当然，如果这些要求被证明是不可能满足的，则设计师总是可以自由地回到流程中去并在

各阶段之间重新分配载荷或增加阶段数。然而，这个设计过程却鼓励设计师去改变 end-以改善

端壁流动为目的的叶片几何形状而不是改进端壁整个线轴流动。这种以叶片为中心的端壁设计

鼓励减少德哈勒数的技术的发展或增大端壁处的静压上升系数失败。这类技术的例子包括

lean、sweep 和端壁轮廓。这些技术，如 Gallimore 等。

文献[1]以及最近的 Taylor 和Miller 的研究成果[2]，允许端壁和尾缘分离要在设计上达到

平衡端壁破坏静压上升系数增大。——如何这些技术虽然很有效，但它们都是针对反冲从一个

低动态的不利影响的叶片行在端壁区域的入口压力(或动压头)。相反，本文认为，在多阶段环

境中设计者的主要目标应该是设计出一种能够提高端壁动压进入下游叶片排。少数已发表的文

献试图使用在端壁区域设计速度三角形来裁剪端壁流。NASA/GE 的e3 压缩机是个例外研究

[3]，包括从经验中学习GE 低速研究压气机[4]。这里是径向剖面在多级环境下进行了实验测量

然后作为设计过程的输入。设计过程是然后重复导致一个新的设计，以减少的目的端壁损失。这

个过程捕获了两个重要的特性本文所描述的设计过程:首先，它涉及到测试在重复的舞台环境

中设计的成功或失败，不是级联的，也不是单级的。其次，它涉及到设计一个端壁，测量结果

端壁流动实验和然后用新的端壁流动 pro-重复设计过程文件作为输入。这捕获了设计的相同关

键元素这篇论文是关于哲学的。不幸的是，这样做的开销这样的工作在实验上意味着在 e3 的研

究中是正确的端壁设计对端壁流动影响不大识别。本文的工作从敏感性入手通过分析确定影响

大小的主导因素三维分离在嵌入式舞台叶片排。这理解然后被用来发展一种新的设计哲学用于

多级压气机端壁设计。最后，方法是在很多案例中都有体现。

2. 方法

2.1 实验

这里使用了两个实验平台纸。第一种，蓝精灵[5]如图2所示，是一种低速的 multi-级压缩

机，是现代高压压缩机的代表加压。每个阶段都有相同的几何形状，1%跨度定子护罩间隙和

1.75%跨转子叶尖间隙。平均阶段雷诺数是?5?105、基于弦，带刃展弦比例为?1，阶段反应基于

跨中 65%。的本文最后使用的第二个实验装置是吉本斯单级压缩机，泰勒和米勒[2]。这个阶段

是蓝精灵几何的一个比例，但是与一个完全密封的定子平台。

图2 SMURF 多级低速压缩机

2.2 计算

本文给出了计算流体动力学的结果是由劳斯莱斯内部的雷诺-平均值计算出来的吗?Navier-

Stokes 求解器HYDRA[6]，工作在稳定模式下混合面和 Menter 的k-x 剪应力输运湍流模型

[7]。PADRAM[8] 用于网格生成。的气路网格主要为多块结构的O-H 网格拓扑结构给yþ+~1 的粘

性表面。腔井完全使用非结构化网格建模。过渡地区在吸力面上进行 SMURF 钻机的研究。然

而，考虑到对整体流量的影响相当微弱结构观察，第 5节采用全湍流方法。

2.3 线性重复阶段 CFD

一个重要的方面这项工作是要考虑的影响，刀片设计的选择重复级端壁边界层。因此，在

第二本文的一部分采用了“线性重复阶段”的方法。这种方法是由 McKenzie[9]和first imple-提

出的由 To 和Miller[10]进行计算。史密斯[11]表明了重复阶段的条件，其中阶段速度轮廓重复，

在匹配良好的三/四个阶段后开始压缩机。

线性重复阶段法包含四个要素:首先，将舞台的轮毂与叶尖的比例设置为 1，这样做是有效的

将每个叶片排变为一个线性叶栅，但带有转子-定子耦合。从而简化了对三维流场的分析消除阶

段速度的无粘展向变化三角形。第二，达到重复阶段的条件，一个三 bla-将derow 模型(转子、

定子和转子)运行到收敛状态，然后采用定子出口边界条件作为进口条件下一个解决方案。这是

重复十次，在第十阶段被认为是重复阶段的解决方案。第三，流被认为是不可压缩的墙壁保持

平行。最后，选择 50%反应阶段平衡转子与 sta-之间的气动扩散 tor。这也意味着在任何特定的流

高度，叶片转子和定子的相对出口气流角，b2 和a2，是相同的。

2.4 案例研究设计

在这篇论文的中间，有三个将进行如图3所示的设计案例研究。这些包括理想的，真实的

悬臂。每个人都有反对称端壁，使转子和定子具相同的端部墙几何。这是故意选择的行为支索和

悬臂梁可以独立研究的。用于悬臂和有盖的情况下都设置了间隙到机翼弦长的 1%。理想的是零

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外文翻译压缩机的端壁设计基兰·奥乔布尔罗伯特·j·米勒（惠特尔实验室，剑桥大学，剑桥CB21TN，英国电子邮件:rjm76@cam.ac.uk）摘要：压缩机的工作范围通常受限于三元的快速增长端壁流动区域的三维分离。相比之下，自由泳区域通常不接近扩散极限，对整体范围影响不大。在针对这两种不同的流动区域，本文研究了速度三角形在其中的作用端壁区域的设计应使跨壁失效更加平衡叶列的跨度。在本文的第一部分，对a中三维分色的灵敏度进行了研究在实际的多级入口条件和端壁条件下，单叶片排的变化尝试了。结果表明，叶片的三维分离尺寸主要受进气端壁内的动压“重复级”边界层和而不是在叶片行中详细的局部几何形状。在本文的第...

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