轴流式压气机积垢形成机理及在线监测方法研究

积垢是影响压气机运行效率的重要因素，实时准确的监测其积垢水平对于压气机的安全健康运行来说具有非常重要的现实意义。本项目拟通过压气机积垢试验平台的建立验证并确定积垢的敏感参数-叶片型面参数。针对确定的敏感参数，研制压气机叶片型面参数的在线监测设备，实现压气机叶片型面数据的实时在线测量。基于上述的测量数据，利用计算机辅助实物反求技术，研究模型重构算法，重构出实际状态下的压气机实体模型。基于流场分析技术，对压气机叶片的积垢进行微尺度描述，建立叶片型面参数和性能参数之间的对应关系，研究压气机积垢的形成机理。基于上述微尺度建立的数学模型，将积垢的多级轴流式压气机划分为两部分：前1-4级积垢最为严重，采用逐级计算方法进行性能计算，第5级之后的级性能计算采用平均微元级计算，最终完成压气机非设计工况下的性能预测。

积垢严重影响轴流式压气机的性能。本项目基于污染物来源的分析，从颗粒物沉积的微观过程出发，在理论分析的基础上，基于气-固两相分析方法中的欧拉-拉格朗日方法，离散相采用随机轨道模拟，分别对颗粒物的输送和沉积机理进行研究，对空气中混杂的颗粒物从压气机入口进入到沉积在叶片表面全过程进行分析，追踪每一颗粒物的运动轨迹，分析了叶片不同位置处积垢形成的主要机理；分别研究了颗粒物大小、颗粒物浓度、入口温度、初始速度、旋转速度、表面粗糙度和湿度等因素对积垢形成的影响；对单级轴流式压气机积垢行为建模方法进行了分析，提出了利用压气机叶片型面参数的变化，将逆向工程中的测量技术与传统的CFD分析方法相结合的新方法，分别对叶片的均匀积垢、叶片压力面沿叶高和弦长方向线性分布、叶片吸力面沿叶高和弦长方向线性分布进行了分析；提出了多级轴流式压气机性能预测的新方法，对于积垢部分的性能计算，采用级堆叠方法、相似理论和线性退化模型相结合，充分考虑级间积垢分布的差异及其它影响因素。对于无积垢级的性能计算，采用平均微元级计算其性能；提出将叶片整体型面参数作为压气机积垢评判的新的敏感参数，通过性能参数的变化与型面参数相结合综合评判积垢的严重程度。设计了积垢压气机流场分布的测量装置和积垢离线测量装置，研究了压气机积垢在线测量方法。