支板模型根部流动结构的数值研究

发布时间：2020-09-10 08:59

　　航空发动机内存在大量的支板,支板与轮毂或机匣形成交接区,交接区内的流动结构比较复杂,会在实际应用中产生诸多不良影响。所以,正确地理解交接区内的流动结构和动力学特性具有重要的意义。本文采用三维大涡模拟(LES)方法对翼型-平板的简化支板根部模型进行数值模拟。将数值计算所得的湍流统计结果与文献中的实验测量值进行了对比,验证计算网格的可靠性。运用动态模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)技术分析了翼型前缘对称面上的速度场。结果显示:处于湍流流动状态的交接区流动为多频流动现象,并提取了三个主要的流动模态,即一个平均流模态和两个振荡模态,两个振荡模态的频率分别为66.7Hz和105.7Hz。对所得的振荡模态进行时域内的推进演化并与平均流模态进行流场重构,结果揭示了潜在的马蹄涡振荡规律。第一阶振荡模态的振荡规律为马蹄涡的卷并;第二阶振荡模态的振荡规律为马蹄涡的分裂和拉伸。为了充分地观察不同攻角下的交接区的尾流结构,本文数值模拟了0°、6°以及12°攻角工况下的支板根部湍流流动。对时均结果进行分析,观察到翼型周围流场中的三维流动结构,包括马蹄涡、角涡及背涡等结构等,分析了它们生成的原因,并给出了它们之间的相互作用,论述了支板根部流动结构随攻角改变的规律。最后,对交接区处于层流流动状态的马蹄涡系流动结构进行数值模拟。运用傅里叶模态分解(Fourier Mode Decomposition,FMD)技术对翼型上游对称面上的速度场进行模态分解,发现处于层流流动状态的马蹄涡系为倍频流动现象。将所得到的第1、2阶模态分别叠加到平均流模态进行模态重构并在时域上进行推进演化分析,研究了各主导频率所对应的振荡规律及其潜在的动力学信息。第1阶振荡模态为下游的涡拉伸卷入上游的涡,合并成新马蹄涡;第2阶振荡模态以上游脱落涡先卷入下游涡并诱发更复杂的涡分裂等流动现象。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V231
【部分图文】：

剖面图,涡扇发动机,剖面图,马蹄涡

1图 1.1 涡扇发动机剖面图动，当突起物上游固体表面生成的边界层遇到固复杂的流场。平板表面的边界层在障碍物上游的逆游边界层发生三维分离[1]，会在障碍物上游形成一主马蹄涡，同时会在主涡之间形成与主涡旋转方向状态下的马蹄涡是不稳定的，主马蹄涡之间存在相两个涡发生卷并形成一个新涡等；主马蹄涡和次级动等。在流体上游的平板表面存在一个分离点，围条分离线将上游、下游流动区域分开，并将障碍物向下游流动的过程中，在顺气流方向上对马蹄涡产所讨论的，交接区的复杂结构会在实际情况下产生面压力波动，增加噪音，削弱交接区结构的强度，

马蹄涡,方柱,对称面

沈阳航空航天大学硕士学位论文由此可见，正确理解交接区流的动力学流动结构具有很重要的工程意义。典型的三维分离流动，分离后的流动可以分为层流和湍流两种状态，层流流动现象与湍流流动状态下的流动现象大有不同；生成的马蹄涡系随条件落、卷并、拉伸等复杂的流动现象；研究他们的流动结构无疑具有重要的内外相关研究进展量的研究者和学者对柱体或者翼型与平板形成的简化模型进行研究。交接结构为马蹄涡系，研究交接区流动结构最主要的工作就是研究马蹄涡系的学特性。Wei 等人[2]运用激光诱导荧光显示的方法显示了方柱-平板交接区的马蹄涡系（见图 1.2），形成的主马蹄涡会诱导出反向旋转的二次涡。图等人[3]烟线显示的圆柱周围马蹄涡结构。影响马蹄涡系的参数有来流的雷流体的湍流度、平板上的边界层性质以及突起障碍物的形状、钝度等。

马蹄涡,线显示,圆柱

研究进展和学者对柱体或者翼型与平板形成的简化模型进行涡系，研究交接区流动结构最主要的工作就是研究ei 等人[2]运用激光诱导荧光显示的方法显示了方柱（见图 1.2），形成的主马蹄涡会诱导出反向旋转的显示的圆柱周围马蹄涡结构。影响马蹄涡系的参数度、平板上的边界层性质以及突起障碍物的形状、图 1.2 方柱上游对称面内的马蹄涡结构[2]

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