DBD等离子体激励器控制扩压叶栅流动分离的数值研究

摘要

随着航空发动机的性能要求越来越高，压气机作为发动机核心部件之一，必须提高单级压比、减小级数。压气机叶栅流动是扩压流动，随着压比的提高，在大的压力梯度下，叶片吸力面将发生分离。流动分离必然造成很大的损失，从而影响压气机的性能。因此，控制压气机叶栅的分离流动成为提高压气机性能的有效手段。传统的控制手段，如吹、吸气等，都会带来附加的损失。等离子体激励器由于输入能量少，结构简单等优点，现在成为流动控制的新的热点。
　　关于等离子体激励器控制流动分离的研究，国内外学者作了很多的研究，包括理论方面和实验方面。但到目前为止，还没有将等离子体激励器应用于大折转角的压气机叶栅中。
　　本文是以公开发表的NACA65的大折转角的静叶为研究对象，将 DBD等离子体激励器应用到该静叶叶栅流动中，控制流动分离。首先依据文献，推导出三种等离子体激励器简化模型，对其进行数值模拟分析，找到最佳的简化模型。等离子体激励器装置安装在不同的叶栅轴向弦长处，包括40％、50%、60%、70%轴向弦长。等离子体激励器施加不同的工作电压，包括5kv、20kv、30kv。应用最佳的等离子体简化模型，通过数值模拟，来观察等离子体激励器对大折转角叶栅的流动控制效果。
　　结果表明，在设计攻角下，等离子体激励器能够对大折转角叶栅的流动分离有一定的控制效果。在原始叶型中，吸力面分离线起始于35%轴向弦长处，施加等离子体控制后，分离线的起始位置没有变化，但是分离流动的强度逐渐减小的，分离线在尾缘的高度是越来越低的。由于来自于端壁位置低能流体的堆积和附面层内流体的分离，叶展中部存在着一定的能量损失。随着等离子体激励器安装位置的后移，随着所施加电压逐渐的增大，其总压损失系数是减小的，但在叶片根部附近，总压损失系数没有多大的改变。原型叶栅几乎在全叶高内存在着欠偏转，施加等离子体激励器后，在叶展中部，叶栅的落后角减小，气流的折转角增大，但是，叶根处由于二次流作用那个而形成的过偏转没有多大的变化。原型叶栅在轴向弦长的15%以后处于逆压梯度流动状态，施加控制后，在等离子体激励器两极板交接处形成一个顺压梯度，能够增大该处的速度，增强其抵抗流动分离的能力。等离子体激励器能够增加端壁附面层内流体的能量，使其能够继续向下游流动，它还能形成气体栏栅，抑制了端部低能流体向叶展中部的积聚。通过以上两方面的作用，它可以减弱由二次流引起的通道涡的强度，减小它的影响范围，从而降低其总损失。
　　在非设计工况下，通过分析出口气流角、总压损失、型面静压和二次流的数值模拟结果，可以知道，在非设计工况下，等离子体激励器可以控制流动分离的，它的控制原理和设计工况下是类似的。

目录

DBD等离子体激励器控制扩压叶栅流动分离的数值研究

NUMERICAL STUDY OF FLOW SEPARATION CONTROL OF COMPRESSOR CASCADE USING DBD PLASMA ACTUATOR

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3等离子体基本介绍

1.4论文工作的目的和主要内容

1.5本章小结

第2章 等离子体激励器简化模型推导及数值计算方法介绍

2.1 引言

2.2 等离子体简化模型推导

2.3 FLUENT计算软件包简介

2.4 本章小结

第3章 不同简化模型二维平板流场的验证

3.1 引言

3.2 等离子体激励器对静止流场的影响

3.3 等离子体激励器对平板附面层的影响

3.4 本章小结

第4章 基于等离子激励器控制叶栅流动分离

4.1 引言

4.2 计算方案

4.3 数值方法验证

4.4 设计攻角下等离子体激励器对压气机叶栅性能影响的研究

4.5 变攻角下等离子体激励器对压气机叶栅性能影响的研究

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢