跨音速环形压气机叶栅中应用翼刀技术的数值研究

摘要

翼刀技术以直接影响流道内横向流动和展向流动的发展状况从而在控制二次流方面有着显著的效果,对其进行详细深入的研究,可以为提高翼刀技术应用的可靠性、有效性和广延性奠定基础,也为发展新的控制二次流的措施和途径创造条件。
　　本文对具有不同参数(长度、高度、周向位置、轴向位置)的端壁翼刀的CDA(可控扩散叶型)压气机环形叶栅在跨音速条件、零冲角下进行了数值研究,得到了控制二次流的最佳翼刀长度、高度、周向及轴向位置。与常规叶栅相比,在跨音速叶栅中各方案翼刀没有改善叶栅内二次流动情况。翼刀有效地阻断和控制了马蹄涡压力面分支的发展,分别在压力面-翼刀和翼刀-吸力面之间区域形成通道涡P2和通道涡P1,这两个旋涡强度都小于常规叶栅中的通道涡强度,但翼刀改变了两端壁附近压力梯度的分布,增大了两端壁附近的逆压梯度,使两端壁与吸力面所夹角区的分离流动增强,同时翼刀还干扰了两端壁附近叶片前缘的加速流动,使气流没有加速到最大速度就开始扩压,这也导致两端壁和吸力面角区的分离流动增强。计算结果表明,在翼刀各种方案罩,距压力面相对位置为20％节距处为最佳端壁翼刀位置;高度为2mm的翼刀则是具有最佳高度的翼刀;占据前3/4流道长的翼刀为最佳长度翼刀。
　　增大入口马赫数,横向流动也更强烈,叶栅内流动变得更加复杂,分离现象比较严重。翼刀安装的最佳周向位置依然是距压力面λ=0.2处。随着入口马赫数的增大,最佳翼刀高度也是增加的,最佳翼刀为5mm。最佳长度及最佳轴向位置没有变化,依然占据前3/4流道长的翼刀为最佳长度翼刀。在流道中安装不同长度,不同轴向位置的组合翼刀,其中方案q0.5+h0.5为最佳组合方案。即在λ=0.2位置安装靠近前缘,长度为0.5中弧线长的翼刀与在λ=0.8位置安装靠近尾缘,长度为0.5中弧线长的翼刀的组合为最佳。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 叶轮机械叶栅中的二次流以及其旋涡结构

1.1.1 叶轮机械叶栅中的二次流结构

1.1.2 压气机叶栅中的旋涡结构

1.2 CDA叶型综述

1.3 端壁翼刀控制压气机叶栅内二次流的研究现状

1.3.1 国外端壁翼刀技术的研究现状

1.3.2 国内端壁翼刀技术的研究现状

1.4 论文工作的目的与主要研究内容

第2章 数值环境的设定

2.1 数值方法

2.1.1 绝对坐标系下的控制方程

2.1.2 离散方程

2.2 计算叶栅及叶型参数

2.3 计算网格

2.3.1 计算网格构造

2.3.2 计算结果对网格的依赖性

2.4 边界条件

2.4.1 进口边界条件

2.4.2 固壁边界条件

2.4.3 周期性边界条件

2.4.4 出口边界条件

2.5 湍流模型及选择

2.6 计算结果后处理

2.7 本章小结

第3章 端壁翼刀对跨音速压气机环形叶栅的影响

3.1 引言

3.2 端壁翼刀安装方式及计算可变参数

3.3 计算方法及网格设置

3.4 不同周向位置翼刀对环形叶栅内二次流的影响

3.4.1 壁面极限流线分析

3.4.2 出口截面二次流速度矢量分布

3.4.3 出口截面总压损失系数

3.4.4 出口截面能量损失系数分布

3.4.5 叶片吸力面及端壁静压系数等值线分布

3.5 不同高度翼刀对跨音速环形叶栅内二次流的影响

3.5.1 壁面极限流线分析

3.5.2 端壁静压系数等值线分布

3.5.3 出口截面总压损失系数

3.6 不同长度翼刀对跨音速环形叶栅内二次流的影响

3.6.1 壁面极限流线及静压系数等值线分布分析

3.6.2 出口截面质量平均总压损失系数

3.7 小结

第4章 其他参数下端壁翼刀对跨音速压气机环形叶栅的影响

4.1 引言

4.2 高马赫数下不同周向位置端壁翼刀对二次流的作用

4.2.1 壁面极限流线分析

4.2.2 出口截面总压损失系数

4.3 高马赫数下不同高度端壁翼刀对二次流的作用

4.3.1 壁面极限流线分析

4.3.2 出口截面总压损失系数

4.4 高马赫数下不同长度端壁翼刀对二次流的作用

4.5 组合端壁翼刀对跨音速压气机环形叶栅内二次流的影响

4.5.1 不同周向位置全长翼刀的组合

4.5.2 不同长度、不同轴向位置的组合

4.6 小结

结论

参考文献

致谢

研究生履历