非定常干涉作用减小压气机叶片表面气动力的研究

摘要

叶轮机非定常流动已成为近年来研究的热点，时序效应作为一种非定常流动现象，也已受到国内外众多学者的广泛关注。但是，目前针对时序效应现象的研究，大多数仍然集中在它对叶轮机械效率的影响上，时序效应在工程应用中的巨大价值并未得到充分的发掘。本文针对在风扇、压气机设计和工作中频频出现的由叶片非定常气动力引发的高周疲劳问题，开展了利用时序效应减小压气机叶片表面非定常气动力脉动的研究。 本文的研究对象是一个1.5级压气机，利用商用NUMECA软件对压气机导叶—静子周向相对位置变化引起的转子叶片非定常气动力的变化进行了分析。通过对转子叶片压力系数及局部的气动力响应的研究，阐明了尾迹和势扰动两种非定常性影响转子叶片气动力脉动的机理；又通过对压气机不同工作状态的模拟，研究了时序位置变化时，转子叶片表面非定常气动力变化幅度与压气机工作状态的关系。结果表明，固定转速下，随着进口流量系数的增加，时序位置变化引起的转子叶片表面非定常气动力一阶响应幅值减小的幅度增加；固定流量系数下，随着转子转速的增加，时序位置变化引起的转子叶片表面非定常气动力一阶响应幅值减小的幅度先减小而后增大；最为重要的结论是，不论压气机工作状态如何变化，使中间转子叶片表面非定常气动力波动幅值最小的时序位置均对应着导叶位于转子叶片前缘时，静子叶片刚好位于转子尾缘；而使中间转子叶片表面非定常气动力波动幅值最大的时序位置均对应着导叶位于转子叶片前缘时，静子叶片刚好位于转子通道的中央。