压气机合成射流的流动控制机理

发布时间：2020-08-05 08:35

【摘要】：随着现代航空技术的发展,对压气机性能的要求不断提高,负荷不断增加,使得压气机内的流动状况变差,严重时会出现流动分离,严重影响其性能。为了抑制流动分离,流动控制技术被应用于压气机内。合成射流作为一种先进的流动控制技术,相对其他流动控制技术有明显的优势,为显著提升压气机性能提供了高效的方法和途径,因此,研究合成射流对压气机流动控制的机理对于提升压气机性能具有重要的意义和价值。本文采用数值模拟的方法,分别在二维和三维叶栅内考察合成射流对流动控制的影响。在二维叶栅内,主要考察单缝合成射流的激励参数对流动控制的影响,激励参数包括激励频率、动量系数、射流偏角、激励位置,激励频率的作用是对流场施加周期性扰动,在合适的条件下将原叶栅的分离流动转化为合成射流与叶栅内流体相互作用的周期性流动,动量系数主要影响合成射流向叶栅内的动量注入量,射流偏角影响合成射流对近壁流动的作用强度及向叶栅内注入的切向动量大小,激励位置则影响合成射流的注入动量在叶栅内的分布,同时考察了双缝合成射流对流动控制的影响,双缝合成射流在合适的参数下比单缝合成射流具有更好的抑制叶栅流动分离的能力。在三维叶栅中,单缝合成射流的动量系数影响合成射流向叶栅内的动量注入量,激励位置影响合成射流动量注入在吸力面及端壁角区的分布,从而影响吸力面及角区的流动分离,射流偏角主要影响合成射流对近壁流动的作用强度及切向动量的大小;同时激励器布置方式也被考察以抑制流动分离。通过对二维、三维叶栅内合成射流的考察,合成射流对叶栅流动分离的流动控制机理是合成射流通过流体的输运、剪切、掺混作用实现注入动量在易发生流动分离位置的恰当分布以改善边界层的速度分布,从而抑制流动分离。不同形式的合成射流对流动控制的影响不同,实质上是由于合成射流注入叶栅内的动量分布不同,从而对流动分离的影响不同。
【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】：2018
【分类号】：V232
【图文】：

示意图,合成射流,激励器,工作原理

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文技术的研究现状究现状技术的提出术的历史最早可以追溯到二十世纪中期的 Ing研究。十年代乔治亚理工大学的 Glezer 等[6-8]提出合式合成射流激励器开展了一系列关于合成射流压电式合成射流激励器工作原理的示意图，在场中产生一系列的涡对，并不断向下游发展，需要外界供给附加质量的流体。

转捩过程,合成射流,等值面,涡结构

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文了考察，并和实验数据进行了比较，层流情况与实，模拟采用了四种湍流模型，其中 RNG k-ε 模型据。[12]提出了二维和轴对称合成射流形成条件，文献数据与这一形成条件一致。等[13]采用三维直接数值模拟方法研究了合成射流值模拟捕捉到了肋状二次涡结构，这些二次涡结构涡对转捩成充分发展的湍流，如图 1-2 所示，模拟射流转捩过程中的涡结构（等值面 λi=1.0）。

合成射流,参数图

图 1-3 合成射流形成的参数图[15]1.2.1.3 横向来流下合成射流与边界层的相互作用Mittal 等[17]采用二维数值模拟的方法考察了合成射流与平板边界层的相互作用的过程，详细考察了来流雷诺数对合成射流的影响，通过对比发现：在其他条件不变的情况下，随着来流边界层厚度雷诺数的增加，合成射流穿透边界层的能力在减弱，合成射流形成的机制受到来流的显著影响，图 1-4 的涡量图展示了合成射流最大吹气速度时不同边界层厚度雷诺数对合成射流的影响。Zhong 等[18]采用染色可视考察了合成射流与层流边界层的相互作用，在所选取的实验参数下观察到三种涡结构，分别是发卡涡、拉伸涡环、扭曲涡环。Zhou 等[19]采用数值模拟的方法考察了合成射流与平板边界层的相互作用，主要分析了合成射流形成的两种典型涡结构：高度拉伸的发卡涡和扭曲涡环。

【参考文献】