封严涂层脱落对高压压气机性能影响的数值模拟

摘要

目的研究封严涂层脱落对高压压气机转子工作稳定性、流场结构的影响。方法以某型航空发动机高压压气机末端第12级转子作为研究对象,生成单通道网格,选择Spalart-Allmaras一方程湍流模型,采用数值模拟的方法研究了起飞工况、不同脱落厚度下的叶栅通道内的流动特性。结果随着封严涂层脱落,高压压气机效率和总压比均降低,失速裕度呈指数型下降;脱落厚度为4τ时,工作流量下压气机达到近失速边界。工作流量下,随着封严涂层脱落,叶尖泄漏涡与来流交界面、二次泄漏流进入泄漏涡的位置前移,出现后返流和在叶尖前部反复泄漏的流线;脱落厚度≥3τ后,叶尖通道后部泄漏涡涡核剧烈膨胀,出现显著的低速团。非定常数值模拟中,脱落厚度为4τ时,叶尖泄漏流呈现出显著的周期性和自诱导非定常性,并存在瞬时涡破碎现象。结论封严涂层的脱落会大幅度降低高压压气机的工作稳定性,其主要影响因素为叶尖泄漏涡、二次泄漏流与主流相互作用形成的复杂流动及低速团,并具体表现为叶尖通道流场的非定常性。