利用湿压缩实现压气机分离流控制的研究

摘要

压气机不稳定工况主要有喘振和失速两种，发生喘振和失速的主要原因是压气机流量减小，叶片表面发生严重分离。附面层吹除技术可以控制压气机分离流，其原理是向分离区内喷射高能流体，使分离区内的低能流体得到加速，破坏分离发生的条件。在湿压缩中，液滴作为动量源，如果能用来加速分离区内的低能流体，破坏分离发生的条件，则既可以实现工质冷却，降低压缩功，又可以改善流场，控制压气机分离流，提高压气机稳定性。
　　 通过数值模拟的研究方法，本文主要研究使用什么样的喷雾参数能实现附面层内低能流体的吹除，控制分离流。文中涉及的计算均在ANSYS/CFX平台上完成，用到的网格则由NUMECA的IGG/AutoGrid生成。
　　 在诸多喷雾参数中，液滴的喷射位置，角度，速度，液滴流量和直径是本文研究的重点，为了便于比较喷水带来的效果，本文选取某高负荷扩压叶栅作为研究对象。气流在该叶栅吸力面50％轴线弦长处开始分离，分离区几乎可以到达叶展中部。在该叶栅上，本文研究了不同喷射位置，喷射角度，液滴速度，液滴流量和直径对叶栅通道内涡系结构和气动性能的影响，确定了这五个喷雾参数在实现附面层吹除时的选取原则。
　　 在此基础上，本文进一步研究了在叶片吸力面开缝喷水对压气机级性能和喘振边界的影响。在该项研究中，由美国GE公司开发的E3发动机的核心压气机第七级被作为研究对象。通过数值模拟，该压气机级喷水前后的压气机特性被计算。此外，本文还研究了在不同转速下，喷水对级内流场的影响。