附面层吸除对压气机叶栅稠度特性影响

数值模拟了不同稠度下吸气量及位置对某大转角吸气式压气机叶栅气动性能影响。结果表明,附面层吸除(BLS)使得吸力面角区低能流体积聚减弱,气流折转能力加强;随稠度增加,叶栅总压损失最高降低分别为32.9％、27.7％和25.1％,出口气流角最大增加值为5.0°、4.2°和3.1°,即小稠度叶栅具有较佳气动性能;BLS导致的栅内扩压能力恢复和通道涡三维分离效应的改善应是确定最佳设计参数的判定原则。吸气式叶栅附面层承受逆压梯度能力强的特点为高负荷、小稠度压气机设计提供了极具潜力的技术途径。     

低速压气机叶栅附面层分离的实验研究

本文利用表面热膜对某高负荷压气机叶片吸力面附面层的分离过程进行了实验研究,捕捉到了边界层分离点的位置及其随攻角的变化情况,给出了利用表面热膜测量的准壁面剪切应力米预判分离先兆和分离点位置的判据.同时,分析了 Re数对附面层分离特性的影响.结果表明:准壁面剪切应力及其均方根极小值对应的位置点是进入分离泡内的第一个测量点;在所有测量的工况条件下,表面热膜都捕捉到了吸力面附面层的长分离泡,并能准确捕捉到攻角所引起的分离点位置变化;低Re数下,Re数对附面层分离影响较小.     

进口附面层形式对压气机叶栅端区流动特性的影响研究

为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响,本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明：进口倾斜附面层使端区来流的攻角和进口速度增加。在无叶尖间隙时,倾斜附面层能够缩小角区分离的轴向和周向范围,提高扩压能力,相比常规附面层工况,总压损失降低6.3%;1%叶高间隙下,倾斜附面层能够降低叶尖泄漏流相关损失并减少尾迹与主流的掺混损失,总压损失较常规附面层降低15.3%。     

附面层吸除对带间隙的高负荷压气机叶栅流动特性影响的实验研究

将附面层吸除技术应用于带间隙的高负荷压气机叶栅中,并在低速平面叶栅风洞里,实验研究了附面层吸除对带间隙的高负荷压气机叶栅流动特性的影响。实验采用五孔气动探针测量了叶栅出口截面参数,得到了该截面的二次流速度矢量分布,并对叶栅壁面进行了墨迹流动显示。结果表明,采用恰当的附面层吸除设置可以大幅改善流动,降低损失;在吸力面附近和间隙内采用附面层吸除(本文的方案1、2和4)都将削弱间隙泄漏流动的动能,从而影响吸力面再附线和端壁分离线的长度和位置,达到对相应区域三维流动分离的控制,并大幅降低总损失,其中方案1的损失下降达到20.8%。     

发动机短舱三维流动分离纳秒脉冲等离子体激励控制研究

侧风条件下发动机短舱唇口处流动分离具有明显的三维分离特性,相比于二维流动分离,控制难度更大.本文通过实验和数值,探究了纳秒脉冲等离子体激励对短舱三维流动分离的控制效果及作用机理.实验研究表明,纳秒脉冲等离子体激励可有效抑制进气道唇口三维流动分离,降低进气道出口流场畸变程度;数值仿真研究表明,纳秒脉冲等离子体激励通过向流...     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应     

低反动度附面层抽吸式压气机及其内部流动控制

本文进一步分析了低反动度附面层抽吸式压气机概念,并讨论了该压气机的设计要点和应用范围;分析了抽吸掉的附面层内的低能高熵流体的可能利用途径,以及对于不同的利用方式,效率的评估方法;基于上述概念设计了一台亚声速低反动度附面层抽吸式压气机,详细地分析了该压气机的气动参数选取与分布特点,以及该压气机内部的三维分离流动及其控制规律.     

吸附式叶栅代替串联叶栅气动可行性探索

本文首先以ONERA串列叶栅为研究对象,利用数值模拟的方法对串列叶栅特性及其内部流动进行了分析,在此基础上,设计了与串列叶栅具有同等性能的单列吸附式叶栅,并在设计工况和非设计工况下对改型后的单列吸附式叶栅特性及其内部流场进行了详细分析.结果表明:在相同来流马赫数、出口条件和扩散因子的情况下,单列吸附式叶栅的性能优于串列叶栅,在高负荷压气机设计中用吸附式单列叶栅代替串列叶栅的做法是可行的.     

傅里叶函数前缘仿生压气机叶栅性能研究

本文针对仿鲸鳍前缘造型在压气机叶栅中的应用,提出了一种基于傅里叶级数形式的复合函数前缘造型方法。采用数值模拟方法,重点分析了零攻角下仿鲸鳍叶栅流场结构的变化,给出了不同仿鲸鳍前缘在叶栅端区以及叶中部损失抑制的原因和前缘型线特征,优化出一种具有展向非均匀鳍型前缘的仿生叶栅,对非均匀鳍叶栅的性能进行了验证。研究结果表明,仿鲸鳍叶栅在前缘凹陷处形成流向涡对,在凸起处收缩流动形成高能气团,上述流场结构交替出现,抑制了角区及叶中部的分离流动,降低了叶栅的总压损失。基于高阶傅里叶函数的非均匀鳍型能更好地适应叶栅的变攻角特性,非均匀鳍叶栅总压损失系数相比原始叶栅降低了11.45%。     

根部开槽对叶栅三维角区分离的控制研究

三维角区分离是压气机静子叶栅中固有的流动结构,对压气机性能有着重要的影响。本文对一PVD叶栅和一NACA65叶栅,在分析其通道内流动机理的基础上,提出了在叶片根部从压力面向吸力面开槽的控制角区分离的方法。数值研究了槽道出口位置对PVD叶栅性能及角区分离的控制作用,发现在保持槽道其他参数不变的情况下,存在一最优位置使得叶栅攻角特性最优;结合计算及实验测量的方法,验证了NACA65叶栅中叶根开槽控制角区分离的有效性。两个叶栅研究结果表明:叶根开槽可有效控制角区分离,减小叶栅损失,增大叶栅扩压能力,拓宽叶栅可用攻角范围。     

激波管风洞中叶栅测压实验与计算研究

本文利用激波管平面叶栅风洞在四种工况下进行了某叶型叶表压力分布测量实验。该类短周期实验方式的测量精度是值得关注的大问题，为此文中对实验误差及短周期实验测量的合理性进行了分析。继而将实验数据与两种模型下的数值计算结果进行了比较，其中实验结果与按实际情况建立的模型１计算结果吻合。通过实验结果与模型２计算结果比较发现，实验中存在着影响叶栅通道流动周期性的因素，本文仔细分析了该因素可能产生的影响，为今后对该风洞实验段进行改造提供了基础。     

激波/边界层干扰对等离子体合成射流的响应特性

利用高速纹影系统和数值模拟方法研究了激波/边界层干扰对逆流喷射的等离子体合成射流的响应特性,并揭示了流动控制机理.实验在来流马赫数Ma=3.1的风洞中进行,测试模型采用钝头体和压缩斜坡的组合模型,等离子体合成射流激励器安装在钝头体头部.纹影系统捕捉了放电频率为f=1 kHz和f=3 kHz的激励对附体激波形态和分离激波运动的控制效果.等离子体合成射流使压缩斜坡激波/边界层干扰区域的起始点向下游移动,分离泡尺寸减小,附体激波强度减弱,发生弯曲,再附点移向上游,与此同时分离激波向附体激波逼近.与f=3 kHz激励相比,f=1 kHz激励的射流流量更大,对激波/边界层干扰的影响范围更广、控制效果更好.通过数值模拟,揭示了射流与来流相互作用对下游流场的作用机理:射流与来流相互作用诱导出大尺度旋涡,大尺度旋涡耗散发展增强了近壁面流场的湍流度;压缩斜坡上游近壁面的流场性质发生变化,进而导致了压缩斜坡激波/边界层干扰区域流动的变化.     

附面层抽吸对高负荷扩压叶栅损失的影响

实验研究了低速条件下吸力面附面层吸除对某高负荷扩压叶栅损失的影响,分析了叶栅出口截面损失和气流角的分布.结果表明,附面层吸除降低了叶栅出口的总损失,并提高了气流的折转能力;吸气位置对损失的影响随吸气量的增大而增大;吸力面采用附面层抽吸对叶展中部区域损失的改善要好于近端壁区.     

高负荷压气机叶栅分离与流场结构研究

通过流动显示及静压测量,对不同冲角下、三种叶型弯角的环形压气机直、弯叶栅近壁面区域的流动分离及旋涡结构进行了实验研究.结果表明,近吸力面的气泡分离与转捩取决于叶栅型面静压分布;随叶栅负荷增大,流动分离形式由闭式分离逐渐向开式分离发展,流动分离的对称性逐渐减弱;减少涡系与涡系、涡系与附面层之间的相互作用及掺混可以有效拓宽正弯叶片的应用范围.     

超音平面叶栅激波损失模型的研究

对超音叶栅极限特征线以前流场特征的分析表明,外伸波系导致的总压损失主要受无量纲前缘半径(R_(le))和来流马赫数(Ma_(∞))影响。通过对理论解的简化,本文建立了计算外伸波系引起的总压损失的经验关系式。相比以前的损失模型,该关系式在0.0074R_(le)0.0148,1.1Maa_(∞)2.1时具有更高的精度。针对超音叶栅由未启动状态向启动状态转变的过渡状态,在分析前缘内伸波的激波形态时,本文认为采用内伸波波阵面和流道内流线始终垂直的处理方式更加符合内伸波波后亚音的流动特征,并依此建立了过渡状态下内伸波损失计算模型。通过和已有模型估算结果以及实验结果的对比可知,在过渡状态下,采用本文提出的内伸波损失模型,能够准确计算超音叶栅的前缘内伸激波损失。     

高能表面电弧放电控制圆柱激波实验

采用风洞实验和高速纹影系统研究高能表面电弧等离子体激励控制圆柱激波. 在Ma=2的超声速风洞中, 分别放置了带有10, 15, 20 mm这3个不同高度圆柱的实验模型, 对比分析了不同高度圆柱的初始流场特征, 以及高能表面电弧放电的放电电容、直流源电压和圆柱高度对圆柱脱体激波控制的影响. 实验结果表明, 高能表面电弧等离子体激励诱导的冲击波和热气团与激波产生相互作用, 激波形状改变, 强度削弱. 圆柱高度越高其上方的弓形激波角越大, 在施加等离子体激励后, 弓形激波角减小, 激波强度减弱; 放电电容和直流源电压对激波控制效果的影响均呈正相关关系; 随着圆柱高度的增加, 控制效果减弱、有效控制作用时间缩短.      

进口附面层厚度对弯叶片扩压叶栅损失的影响

本文通过人工加厚叶栅进口附面层厚度，考察了叶搬进口附面层厚度对弯叶片扩压叶栅损失的影响．实验结果表明，进口附面层厚度增加时，叶栅两端区二次流增强，叶栅损失增大．采用正弯曲叶片在参考进口附面层状态和人工加厚附面层时均未得到叶栅损失的降低，而反弯曲叶栅损失的降低出现在参考进口附面层状态下．     

合成射流控制高负荷扩压叶栅分离数值研究

采用数值模拟的方法,研究了合成射流对高负荷扩压叶栅分离流动的控制效果,分析了关键的控制参数激励频率、幅值和位置对控制效果的影响。结果表明,合成射流能够有效削弱高负荷扩压叶栅内的大尺度分离结构。激励频率与原流场的主分离涡脱落频率相近时控制效果占优。激励幅值存在较为明显的阈值,当激励幅值大于该阈值时控制效果较为显著。激励位置位于主分离涡起始位置附近时,控制效果较好。