跨声速风扇机匣处理非定常流动分析及某进气道数值计算

摘要

机匣处理是一项被较早研究和运用的压气机被动扩稳技术，它具有结构简单，制造成本低，改型方便，可靠性高，扩稳效果好等优点。然而，传统的设计依旧依赖于试验和反复的修改，具有很大的盲目性。对处理槽内的非定常流动及其扩稳机理的本质仍缺乏深刻的认识。关于机匣处理的CFD数值模拟还主要停留在定常流动假设的前提下，具有一定的局限性，迫切需要对其开展非定常方面的研究工作。 本文以某三级轴流跨声速风扇第一级为原型，将NUMECA软件中的AUTOGRID和IGG两大模块相结合，在其第一级转子叶尖对应机匣处设计出了复杂且精密的具有－42％～52％轴向叠合量的带背腔轴向倾斜缝式处理机匣，并对其进行了非定常数值计算与分析，走出了一条通向机匣处理非定常研究之路。 具体的内容主要包括三方面：光壁下对网格模型的校核；带处理槽后流场非定常计算与扩稳机理分析；非定常计算时的相对位置个数大小初探。结果表明：针对所设计的存在三个转/静交接面的网格模型，在加处理机匣前后(光壁/带机匣处理)，都必须用非定常方法来进行数值模拟计算，才能正确的模拟扩稳效果；轴向倾斜缝式处理机匣能够不断地将转子叶片通道上游区域的顶部间隙泄露流或者由于间隙泄露涡破裂导致的阻塞抽吸进入处理槽，通过典型的喷射/抽吸作用，改善了叶顶前沿激波结构和叶顶来流状况，降低了转子叶顶的压力面载荷和间隙泄露流强度，抑制了间隙泄露涡破裂现象的发生，最终使得叶片通道上游区域的大尺度堵塞团基本被消除，从而有效地提高了跨声速压气机的失速裕度；非定常计算中计入的相对位置个数大小 对结果也有略微的影响。 此外，文中还用某商用软件对某型进气道进行了三个飞行状态点的数值模拟工作，并对其流场进行了分析。结果表明，机身的缺少，对进气道出口截面的流场尤其是畸变指数DC60具有比较明显的影响。