石家庄朗迪叶轮机械_叶轮机械内部流动研究进展

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叶轮机械内部流动研究进展 赵进宝

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摘要：圜外学者针对外流的研究由来已久，已经历了上百年的发展过程，而流型一直是其重要研究内容之一。苏联莫斯科大学教授

普朗特教授是第一个提出流型概念的学者。所谓流型是指在飞行嚣机翼上设计的具有稳定而易 .于控制的流动性。随着科技水平不 断发展和提高 .流型设计技术已经历了多个发展阶段，也由此形成了人类不同航空时代发展的重要标志和里程碑。本文将从叶轮机械气动力学角度出发 .介绍几种比较重要的叶轮机械流型 .以作出全满综合性的阐述和介绍。

关键词：叶轮机械 1、前言

流型

发展研究 出了大折转角透平叶栅叶片工作原理 .并指出在透平叶栅中，采

叶轮机械通过产生持续不问断的空气流动性来实现机械做用前缘涡与通道涡相结合的透平叶栅结构具有良好的工作稳定

功的目的 .其主要工作零配件是叶轮 .因此 .叶轮机械是叶片与性 .采用弯曲叶片可调节乃至控制脱体涡强度文献在对环形透决定二次流损失大其他机械零配件通过采用一定的动力运动学设计方法实现流体平叶栅流道内旋涡和损失的研究中也指出 . 能量转换的机械总称通常而言 .叶轮机械主要有以下几种类小的不是二次流矢量的大小而是二次流动是否有序 .这里显然

型：压缩泵、离心机、飞行引擎和鼓风机等，还有一些比较大型的也包含了自由涡层型分离和定常脱体涡的概念因此至少可以 动力设备上的蒸汽轮机、水轮机和燃气轮机等都属于叶轮机械建立平面f环形)透平叶栅定常脱体涡流型，，实现平面 f环形1透平的范畴。随着人类社会工业化水平不断提高。叶轮机械的应用日 叶栅中自由涡层型分离与集中涡的控制与利用 .最大限度降低

益广泛，在航空、航海、交通、机械等领域都可以见到它的影子。

叶栅二次流损失在旋转叶轮机械中关于前缘涡现象在一个船

为不断提高叶轮机械的工作效率和经济性 .国内外学者一直比用螺旋桨叶片试验中被证实该试验研究了不同

负荷下前缘脱较重视叶轮机械流型的研究 .本文将系统的介绍几种比较典型体涡的存在、位置和大小.也观测到前缘脱体涡的发展情况和它的叶轮机械流型 .以为相关研究做好理论综述和分析基础 2、叶轮机械流型的发展研究

与叶尖涡的归并现象等 .并且还发现由于前缘涡的存在 .使前缘负荷增高等现象采用现代流型理论设计的叶轮机械 .能够有效提升叶轮机械的运行效率和稳定性俄罗斯现役苏一 2 7战斗机之所以具有良好的空中高难动作性能 .靠的就是采用了定常脱体涡/混合流型气

2 . 1定常附体涡流型流型主要是指飞行器上设计的用于稳定和提升流动性的流体设计第一代叶轮机械流型是定常附体涡流型 .其理论基础是

附面层理论 .主要用于解决解决飞行器容易出现的 大尺度分动设计。如果将类似思路引入到叶轮机械中来，对于防止失速、 离问题 .它的出现意味着人类航空科技取得了一次跨越式发展。 扩展压缩系统稳定工作范围将有可能带来巨大的裨益然而尽并且相当 定常附体涡流型主要运行要求是：最大程度降低飞行器的分离， 管机翼绕流问题中前缘脱体涡的利用已有较长时间.只保留翼型尖后缘处必要的分离在航空翼型中，大展弦比直机成功。 翼具有这种典型的流线型翼型设计特点 .可以为飞行器提供稳定的气动结构：拥有定常附体涡流型的飞行器即使在超音速飞

2 _ 3非定常脱体涡流型

定常脱体涡/混合流型虽然有效解决了分离虽然突破了 定常附体涡流型关于分离流必然有害的观念 .借助前缘分离涡行状态下 .也可以保持良好的近壁稳定状态。 截止到目前 .叶轮机械主要有六种比较常见的叶栅通流部实现了高非线性升力和扩大了可用迎角 .但绝非发展到了顶峰。

分气动设计流型：直叶片流型、简单扭曲流型、可控子午面流型、 从基本模型和假设来推敲.突破原流型中的定常流基本假设应可控涡流型、叶片可控弯曲流型和综合优化流型，上述流型都要求叶片与气流

保持良好的非分离状态。因此 .该阶段的叶轮机械流型设计重点强调最大程度降低分离因素影响 .同时 .为了保证叶栅安全工作 .科学家一直在寻找更加有效避免因旋涡分离流动造成的旋涡破裂。但是，在实际工作中，叶轮机械的叶片表 面并不能保证持续稳定的常附体涡流型 .因此流动分离几乎不

当是逻辑上的合理延伸自然界中很多种昆虫都天赋具有在极大迎角条件下利用与控制非定常脱体涡升力的能力 .为人类利

用和控制非定常分离流树立了榜样 非定常分离与旋涡主动控制是利用弱非定常扰动对流动和旋涡的非线性效应，达到增升、减阻、提高气动效益的目的，它向

可能完全避免和消除 .科学家经过多年探索和研究发现，附体涡

人们展示了旋涡的巨大潜力从分离涡层演化来看 .在短波扰动之下.涡层将很不稳定.光滑涡层会变成波浪形。并进一步卷成一

向下游发展，随着汇合涡量越来越大，反过来影响流型永远都不可能完全消除气动分离因此 .如何深入研究旋涡个个离散涡，分离结构和内在规律 .建立更加高效的流动流型成为重点攻关上游涡层的演化对于非定常脱体涡流型来说 .由于非定常激发课题。 极弱 .所以探索的主要目的是找到合适的非定常激发频率 .掌握 2 . 2定常脱体涡流型涡空气动力学是在三维分离理论和涡动力学相结合的基础

涡层对外界激发的感受性 .包括激发位置和频率等.实现涡层演

化对于非定常激发作出最优响应 3、结束语

上产生的 .也带来了人类飞行科技的第二次飞跃 .这也是定常脱体涡流型产生的理论基础实际上。从气体流动学角度来看。附展和创新 .人们认识到三维分离除了不利的气泡型分离外 .还可

从上述分析可以看出 .国内外学者对叶轮机械流型的研究取

着涡流型属于近壁涡流型的范畴随着流体分离理论的不断发得了十分突出的成果 .有一些研究成果开始在实践应用中发挥了

巨大作用当前 .叶轮机械流型研究依然是一个热点研究课题，

能是无损失的

自由涡层型分离 .并且后者的分离涡面将卷绕起随着现代科技不断进步和发展 .叶轮机械流型研究将会取得更来，形成集中涡 .从而产生有利的非线性涡升力 .而且流场是稳大的成果定的、定常的。人们提出了用尖前缘细长翼来实现脱体涡流型的 方案 .它突破了那种认为只有定常附着涡流型才适用于飞行的 定常附着涡流型和定常脱体涡流型相结合的混合流型 参考文献：

传统观念。产生第二代流型定常脱体涡流型。随后。又出现了把[ 1]梁伟发，王君.叶轮机械气动热力学的回顾与展望[ J】 .华中科技大 学学报， 2 0 0 7, 3 1( 3 ): 2 - 5 . 2]李晓红 . i R￣< -栅中叶片的弯曲对流场性能影响的试验研究[ J] . 定常脱体涡流型/混合流型是近几年来兴起的一项研究课[题。有学者将定常脱体涡流型理论用于透平叶栅流场研究，总结东南大学学报， 2 0 0 9, 1 1( 8 ): l 1— 1 3 . 1 7 4 C H I N A V E N T U R E C A P I T A L

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