导-静叶相对位置对扇形叶栅气动性能影响的数值研究

摘要

航空发动机性能的提升对身为其核心部件之一的压气机提出了更高的要求。在压气机的设计研发过程中，叶栅实验占据着重要的地位。整级实验高难度高成本的特点使得扇形叶栅实验的研究意义凸显。其中尾迹/前缘干涉，亦即上游导叶尾迹对下游静叶的影响是非常重要的研究方向，深入了解扇形叶栅中的此种效应是很有必要的。同时相比于整级实验，扇形叶栅实验件中间隙流动强度大，研究并控制叶栅内部二次流可以保证实验的准确性以及可信度，并对提高压气机的气动性能有着重要的意义。
　　本文首先以由前排可调导叶和后排静叶所组成的扇形叶栅实验件为研究对象，通过改变导-静叶的周向相对位置，运用数值模拟方法研究不同周向位置时导叶尾迹对静叶前缘的冲击对静叶出口参数以及静叶流场的影响，得出导叶尾迹击打在静叶叶顶前缘时对静叶流场的影响最小的结论。接下来对获得的周期性优于原型叶栅的实验件模型开设间隙，分析不同导叶间隙下导叶出口参数以及壁面附近流动情况，以确定间隙流的流动状况以及其对导叶流场的影响。数值结果表明:导叶间隙在间隙区引入了泄漏涡，使得叶栅损失增加;同时随着间隙高度的增加，间隙流影响更加显著。最后，在上述条件下对具有叶顶间隙的静叶栅进行分析，用数值方法研究不同导叶间隙下导叶间隙流动对静叶流场的影响。数值结果表明:导叶间隙流动会显著降低静叶栅的扩压能力，但并不会改变栅后静压;同时，静叶叶顶间隙的存在使得静叶栅的扩压过程延缓，静叶间隙流阻碍了叶顶间隙涡的形成并对近端壁的静叶尾迹形态影响明显。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 扇形叶栅实验在叶轮机械设计中的应用

1．3 尾迹对叶栅性能影响研究

1．4 本文研究内容

第2章 数值方法和研究方案

2．1 引言

2．2 数值模拟方法

2．2．1 Fluent软件介绍

2．2．2 控制方程

2．2．3 湍流模型

2．2．4 模型交界面处理

2．3 数值模型和研究方案

2．4 本章小结

第3章 导-静叶相对周向位置对扇形叶栅性能影响

3．1 引言

3．2 导-静叶相对位置对扇形叶栅周期性影响

3．3 导叶尾迹对静叶出口流场影响研究

3．3．1 τ值不同时主流流场及损失分析

3．3．2 τ值对气流角及马赫数幅值的影响规律

3．3．3 尾迹／前缘干涉对周期性的影响规律

3．4 本章小结

第4章 间隙对扇形叶栅流场影响

4．1 引言

4．2 不同导叶间隙对静叶进口流场影响分析

4．2．1 间隙研究方案

4．2．2 不同间隙下导叶出口通流能力及损失分析

4．2．3 不同导叶间隙壁面流动分析

4．2．4 不同导叶间隙下间隙流动分析

4．3 不同导叶间隙对静叶性能影响

4．3．1 不同导叶间隙时静叶出口通流能力及损失分析

4．3．2 不同导叶间隙时静叶端壁流动分析

4．3．3 不同导叶间隙对尾迹的影响分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介