锯齿尾缘叶片的气动性能研究

发布时间：2017-11-03 12:35

  本文关键词：锯齿尾缘叶片的气动性能研究

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【摘要】：作为航空涡轮发动机的主要部件,风扇/压气机的性能节节攀升,主要表现在满足稳定裕度条件下,单级压比、总压比和效率的不断提升。然而,随着风扇/压气机级负荷的不断提高,对其各项性能也提出了更加苛刻的要求。而稳定性是其中最重要的性能指标之一,因此,提升风扇/压气机的稳定性,也就可以有效提高风扇/压气机的压比,使得研制出更加高效率高负荷的风扇/压气机成为可能。鉴于叶片尾迹对下游叶片瞬态攻角、叶背附面层的影响,从而影响压气机稳定性,设想通过合理组织尾迹流来改善压气机的稳定性,提出一种利用锯齿流向涡管对主流卷吸、以及流向涡管与尾迹剪切层的相互作用用于增强风扇/压气机稳定性的锯齿尾缘叶片。考虑到压气机内部锯齿尾缘叶片研究的复杂性,本文主要研究锯齿尾缘叶片对平面叶栅性能的影响。关于锯齿尾缘叶片的具体形式,本文选取了三种锯齿尾缘形状的叶片:三角齿、梯形齿、圆齿。本文利用计算流体力学原理数值模拟计算了三种锯齿尾缘叶片及基准叶片平面叶栅的流场,分析了其固有的非定常流动。此外,在平面叶栅风洞试验台上完成了三角形锯齿尾缘叶片和基准叶片的实验,得出了两种平面叶栅的流动特性并加以分析。通过数值模拟计算及实验研究,发现三种形状的锯齿尾缘叶片都可以有效降低总压损失,但同时气流转折角也降低了,这表明锯齿尾缘叶片的轮缘功下降了。通过对锯齿尾缘叶片及基准叶片平面叶栅流场的研究,可以发现锯齿尾缘叶片可以抑制叶片表面分离涡的形成与发展,使叶片尾迹区内各参数分布更加均匀,可以有效改善叶片尾迹形态、加强尾迹与主流间的掺混、降低尾迹亏损。总体分析,三角形锯齿尾缘叶片的总体性能最好。可以预期这可以有效降低上游叶片尾迹对下游叶片流动的负面影响,从而延缓诱发压气机失速,拓宽压气机稳定裕度。
【关键词】：锯齿尾缘 气动性能 尾迹流动 平面叶栅 涡分布
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.3
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.3 研究目标和主要研究内容及研究方案19-22
• 1.3.1 研究目标19
• 1.3.2 研究内容19
• 1.3.3 研究方案19-22
• 第二章 数值模拟的基本原理及方法22-29
• 2.1 计算流体力学的基本原理22-24
• 2.1.1 流动控制方程22
• 2.1.2 湍流模型22-24
• 2.1.3 湍流模型对网格的要求24
• 2.2 数值模拟方法24-28
• 2.2.1 计算模型24-26
• 2.2.2 计算网格26-27
• 2.2.3 湍流模型与边界条件27
• 2.2.4 网格无关性验证27-28
• 2.3 小结28-29
• 第三章 锯齿尾缘叶片性能的数值模拟研究29-49
• 3.1 锯齿尾缘叶片平面叶栅正常特性分析29-32
• 3.2 锯齿尾缘叶片及基准叶片的流场对比分析32-48
• 3.2.1 锯齿尾缘对流场总压分布的影响32-37
• 3.2.2 锯齿尾缘对流场速度分布的影响37-43
• 3.2.3 锯齿尾缘对流场中涡分布的影响43-48
• 3.3 小结48-49
• 第四章 锯齿尾缘叶片性能的实验研究49-75
• 4.1 风洞、测量仪器、位移机构与数据采集系统及实验模型的介绍49-55
• 4.1.1 风洞49-51
• 4.1.2 测量仪器51-52
• 4.1.3 位移机构与数据采集系统52-54
• 4.1.4 实验模型54-55
• 4.2 实验目的和方案55-58
• 4.2.1 实验目的55
• 4.2.2 实验步骤55-57
• 4.2.3 实验需测实验数据57
• 4.2.4 实验数据处理57-58
• 4.3 实验数据整理及分析58-70
• 4.3.1 五孔探针的实验标定58-60
• 4.3.2 锯齿尾缘叶片及基准叶片平面叶栅正常特性分析60-63
• 4.3.3 锯齿尾缘对尾迹流动的影响63-68
• 4.3.4 掺混效果评估68-70
• 4.4 实验与数值模拟计算结果对比分析70-74
• 4.5 小结74-75
• 第五章 结论与展望75-77
• 5.1 总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：1136236