附面层抽吸对扩压叶栅气动性能影响的数值研究

发布时间：2020-07-21 22:51

【摘要】：现代的轴流压气机设计要求具有更低的重量和更小的尺寸,这意味着需要更高的单级负荷和压比。在影响压气机气动性能的各因素中,附面层流动状况具有决定作用。吸气式压气机设计系列的研究表明,采用附面层抽吸技术,可以大大提高压气机叶栅的负荷水平和扩压能力,是一种具有广阔发展前景的新概念压气机设计。 本文以带有抽吸结构的轴流式压气机为研究对象,其抽吸结构包括抽吸槽、吸气腔和抽吸圆管,抽吸槽分别位于静叶吸力面和静叶下端壁近吸力面处,静叶具有大转角的特点。以商业软件NUMECA为平台,利用数值方法模拟了低速条件下,不同抽吸方式和不同抽吸量下附面层抽吸对压气机叶栅气动性能的影响。结果表明,附面层抽吸可以在一定程度上减小马蹄涡和二次流对流动的影响,能有效地延迟吸力面的分离趋势和降低分离的强度,并能使吸力面角区低能流体的积聚减弱,阻塞作用减轻,从而使流动损失减小,扩压能力得以恢复。 着重对不同抽吸方式下采用不同抽吸量进行了对比分析,其抽吸方式分为三类:下端壁抽吸,吸力面抽吸,下端壁和吸力面同时抽吸的组合抽吸方式。研究表明,叶栅进口马赫数一定时,每一种的抽吸方式都对应着一个最佳的吸气量;所有抽吸方案均能使叶栅的总压损失减小,但是单一的抽吸方式不能彻底消除分离,组合抽吸能更好地控制叶栅的三维分离流动,总压损失降低最高可达28.5%。 本文最后对各吸气腔内的流动进行了分析。分析表明,各吸气腔内存在明显的大尺度旋涡结构,造成了流动损失的增加,这在一定程度上弱化了附面层抽吸所带来的增益。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH453
【图文】：

图 1-1 旋涡结构模型由图 1-1 可见，旋涡结构主要包括：1）马蹄涡(Horseshoe Vortex)：包括压力面分支和吸力面分支，面层分离产生的。马蹄涡压力面分支在发展过程中由于逐渐将端而不断壮大、不断向吸力面运动，并在流道后部卷起。马蹄涡吸压梯度的作用下沿叶片表面升高，强度迅速减弱。马蹄涡的两个邻的两个通道中发展，其中一条分支与通道涡汇合并成为其一部存在于吸力面和端壁的角区中，并称之为反向涡。1977 年

附面层抽吸指通过在叶片表面和端壁开槽（或孔），抽吸掉附面层的一部分低能的流体来抑制叶片和端壁上气流分离，使叶片负荷大大增加，减少损失的目的。以下图 1-2 表示抽吸示意图。图 1-2 抽吸示意图图 1-3 表示一个简化热力模型及其焓熵图，因为讨论流体吸除影响时，应该考虑吸除流体的利用方法以及它对发动机总性能的影响问题。为此假定吸除的流体又膨胀到压气机的进口压力，以便能量得到最大限度的回收。图中 δm表示吸除的一部分高熵流体，其余的 m δm流体继续通过压气机。图中 1 点和 3 点分别为压气机进口和出口，2 点为中间抽吸点，6 点为吸除高熵流体的状态，剩余的大部分低熵流体状以 4 点表示。7 点为吸除的高熵流体膨胀到压气机的进口压力，而 5 点为剩余流体压缩后的状态。- 11 -

图 1-3 简化热力模型及其焓熵图抽吸位置过于靠近叶片前部时，抽吸缝存在较长的分离区，而且不能阻止尺度靠后时，通道涡在抽吸位置前发展较充分效果减弱。考虑到二次流，最佳抽吸位置

【参考文献】

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1 郭绪W

本文编号：2764934