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连续式跨声速风洞轴流压缩机气动设计与低噪声设计

龙炳祥 刘宗政 陈振华 陈吉明 雷鹏飞

龙炳祥,刘宗政,陈振华,等. 连续式跨声速风洞轴流压缩机气动设计与低噪声设计[J]. 实验流体力学,2022,36(1):27-36 doi: 10.11729/syltlx20210079
引用本文: 龙炳祥,刘宗政,陈振华,等. 连续式跨声速风洞轴流压缩机气动设计与低噪声设计[J]. 实验流体力学,2022,36(1):27-36 doi: 10.11729/syltlx20210079
LONG B X,LIU Z Z,CHEN Z H,et al. Aerodynamic and aero-acoustic design of continuous transonic wind tunnel compressor[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(1):27-36. doi: 10.11729/syltlx20210079
Citation: LONG B X,LIU Z Z,CHEN Z H,et al. Aerodynamic and aero-acoustic design of continuous transonic wind tunnel compressor[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(1):27-36. doi: 10.11729/syltlx20210079

连续式跨声速风洞轴流压缩机气动设计与低噪声设计

doi: 10.11729/syltlx20210079
详细信息
    作者简介:

    龙炳祥:(1988—),男,湖南湘乡人,硕士研究生,工程师。研究方向:轴流压缩机气动设计,风洞内流场特性研究。通信地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号12信箱(621000)。E-mail:longbingxiang@cardc.cn

    通讯作者:

    E-mail:lzzcd@163.com

    chenzhenhua@cardc.cn

  • 中图分类号: V211.74

Aerodynamic and aero-acoustic design of continuous transonic wind tunnel compressor

  • 摘要: 连续式跨声速风洞是采用轴流压缩机驱动的、可持续运行的变密度回流式风洞。一方面,此类风洞具有运行工况范围宽的典型特征,驱动风洞主回路气流的轴流压缩机需要具备在宽工况范围稳定高效运行的能力;另一方面,良好的风洞试验段动态流场品质要求轴流压缩机进出口气流噪声不高于140 dB。宽工况范围的高效稳定运行要求和低噪声设计要求给连续式跨声速风洞轴流压缩机的研制带来挑战。针对试验段马赫数为0.2~1.6的典型连续式跨声速风洞轴流压缩机研制,重点分析了连续式跨声速风洞压缩机的载荷特性;分析了以动静叶调节有效性、设计点选取、做功系数与流量系数选择、子午流道形式选择为核心内容的压缩机气动设计基本原则及轴流压缩机低噪声设计思想;给出并分析了相应的设计结果与试验测试结果。分析表明:当轴流压缩机反动度大于0.5时,动叶调节比静叶调节更有效,反之则静叶调节更有效;对于试验段马赫数为0.2~1.6的连续式跨声速风洞轴流压缩机设计而言,压缩机设计点宜选取在马赫数为1.4附近,设计点对应的流量系数和做功系数宜分别选取在0.6和0.25左右;采用等外径子午流道的形式可有效提升压缩机气动性能;合理选择压缩机级间距因子和压缩机动、静叶片数之比可有效抑制压缩机气动噪声。
  • 图  1  连续式跨声速风洞压缩机典型工作特性曲线

    Figure  1.  Operating curve of continuous transonic wind-tunnel

    图  2  压缩机等转速性能曲线

    Figure  2.  Constant rotational performance curve

    图  3  叶栅与速度三角形

    Figure  3.  Cascade and velocity triangle

    图  4  速度三角形

    Figure  4.  Velocity triangle

    图  5  轴流压缩机气动设计流程

    Figure  5.  Axial-flow compressor design process

    图  6  某风洞轴流压缩机气动性能曲线

    Figure  6.  Performance map of wind-tunnel compressor

    图  7  Lewis图(反动度0.7)

    Figure  7.  Lewis chart(R=0.7)

    图  8  第一级转子折转角沿叶高分布

    Figure  8.  Turning angle of the first rotor blade

    图  9  第一级转子稠度沿叶高分布

    Figure  9.  Solidity of the first rotor blade

    图  10  压缩机等熵效率提升

    Figure  10.  Adiabatic efficiency improvement of compressor

    图  11  喘振裕度分布

    Figure  11.  Surge margin distribution

    图  12  级间距因子对单音、宽频噪声的影响[13]

    Figure  12.  The influence of RSS on tonal and broadband noise[13]

    图  13  级间距

    Figure  13.  Rotor-stator spacing

    图  14  压缩机进、出口声压级

    Figure  14.  Sound pressure level at compressor inlet and outlet

    图  15  进口噪声频谱( Ma=0.9)

    Figure  15.  Noise spectrum at compressor inlet (Ma=0.9)

    图  16  出口噪声频谱(Ma=0.9)

    Figure  16.  Noise spectrum at compressor outlet (Ma=0.9)

    图  17  进口噪声频谱(Ma=1.6)

    Figure  17.  Noise spectrum at compressor inlet (Ma=1.6)

    图  18  出口噪声频谱(Ma=1.6)

    Figure  18.  Noise spectrum at compressor outlet (Ma=1.6)

    表  1  计算输入参数表

    Table  1.   Design inputs

    工况点T1/Kprηva/(m·s–1
    Ma=0.9 300.00 1.17 0.83 100.00
    Ma=1.6失稳点(流量) 300.00 1.58 0.83 90.00
    Ma=1.6失稳点(压比) 300.00 1.74 0.83 100.00
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    表  2  模型机进出口噪声

    Table  2.   Sound pressure level at compressor inlet and outlet

    马赫数压缩机进口噪声/dB压缩机出口噪声/dB
    0.2 129.186 131.503
    0.4 133.141 139.529
    0.6 136.210 143.053
    0.8 139.913 146.422
    0.9 140.453 147.001
    1.0 140.175 149.234
    1.2 141.026 148.777
    1.4 144.729 150.493
    1.6 143.367 152.481
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-02
  • 修回日期:  2021-11-11
  • 录用日期:  2021-11-26
  • 刊出日期:  2022-03-17

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日