冷气喷射对直叶栅型面压力及气动损失分布影响的实验研究

提高燃气涡轮比功率，降低比油耗要通过升高涡轮入口温度和压气机压比实现，但必须对涡轮叶片实施诸如气膜冷却等保护措施。Ito和Goldstein[1]，Yamamoto[2]等分别研究了冷气喷射对在叶栅气动性能的影响。本文通过实验研究了冷气喷射对叶型型面压力和叶栅流道内气动损失的影响，并得出了一些有意义的结论。1实验装置实验在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心低速风洞实验台[3]上进行。图1及表1给出了实验用叶片型线（取自一典型涡轮导向器叶型），冷气喷射孔位置及静压孔分布。叶片表面前缘、吸力面后部和压力面后部开了三列孔，每列孔…     

叶片弦向开缝抑制分离的数值分析

本文对弦向开缝的某大转角压气机叶栅的气动性能进行了数值分析.结果表明,合理的弦向开缝能够有效抽吸吸力面附近的低能流体、改善型面的压力分布,从而控制吸力面附近的边界层发展并减弱低能流体的阻塞和尾迹宽度,降低流道中的分离损失,总压损失最大降幅可达15.8%.另外,文中重点计算并分析了吸气点E和回气点F位置、开缝的展向位置等不同参数对流动结构、气动性能的影响,这能为开缝式叶片设计和实验研究提供参考.     

1+1/2对转涡轮高压动叶气膜冷却数值研究

对1 1/2对转涡轮高压动叶设计了冷却方案,在高压动叶前缘滞止线,压力面和吸力面分别开设了冷却孔,并对冷却方案进行了三维数值模拟.为了研究变工况下,高压动叶气膜冷却性能,对三种典型的工况进行了详细的数值模拟.研究了不同转速对高压动叶前缘冷却效果的影响,以及吹风比对高压动叶前缘气膜冷却效果的影响;给出了前缘、压力面、吸力面冷气射流的流动特征;分析了冷气喷射对高压动叶型面马赫数,型面压力的影响.最后探讨了高压动叶吸力面后部70%轴向弦长处冷气喷射对高压动叶通道内波系结构的影响.     

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。     

气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格技术、分区算法以及双时间步长的方法,对某型涡轮级叶栅流场进行了非定常NS方程数值求解,考察了在有、无冷气喷射条件下涡轮级气动性能的非定常变化。结果表明,上游静叶栅是否喷射冷气对下游动叶栅超音速区域的影响具有明显的区别,有冷气喷射时动叶栅前缘气动负荷降低,级效率下降约1%,但是不同动叶通道内气动性能随时间周期性变化的幅度明显减小了。     

双射流结构环量控制涡轮叶栅的性能

对将双射流引入高压涡轮导向器叶栅进行了二维数值研究。在叶栅出口为高亚声速和超声速条件下,对三种具有不同曲率尾缘的环量控制叶栅,采用在吸力面和压力面各加一股射流的双射流方式对叶栅的气动性能进行探讨。结果表明:叶栅出口气流马赫数为0.6和1.1时,采用双射流方案取得了好于单射流的出口气流角和膨胀比,但由于多加了一股射流,能量损失有所增加;马赫数为0.85时,单射流结构的环量控制涡轮叶栅气动性能已经比较好,再加入一股射流对叶栅的气动性能没有明显改善;双射流条件下,压力面射流后方存在低压区,使得在叶栅尾缘曲率较大时,吸力面射流也保持了较好的附壁效果。     

双射流结构环量控制涡轮叶栅的性能EI北大核心CSCD

对将双射流引入高压涡轮导向器叶栅进行了二维数值研究。在叶栅出口为高亚声速和超声速条件下,对三种具有不同曲率尾缘的环量控制叶栅,采用在吸力面和压力面各加一股射流的双射流方式对叶栅的气动性能进行探讨。结果表明:叶栅出口气流马赫数为0.6和1.1时,采用双射流方案取得了好于单射流的出口气流角和膨胀比,但由于多加了一股射流,能量损失有所增加;马赫数为0.85时,单射流结构的环量控制涡轮叶栅气动性能已经比较好,再加入一股射流对叶栅的气动性能没有明显改善;双射流条件下,压力面射流后方存在低压区,使得在叶栅尾缘曲率较大时,吸力面射流也保持了较好的附壁效果。     

低速扩压叶栅中分流叶片的作用与设计

本文采用数值方法,研究在几何大弯角扩压叶栅中,分流叶片的主要设计参数(长度和周向位置)对叶栅气动性能的影响。对比具有不同分流叶片轴向长度和周向偏置的叶栅气动性能,结果表明:分流叶片的主要气动作用是增加气流折转角,提高叶栅的做功能力,而不增加叶栅内流动损失。分流叶片长度大于主叶片表面流动分离区长度时,分离叶片才能起到作用。分流叶片向主叶片吸力面偏置15%节距,对抑制边界层分离的作用更好,流动损失较低。     

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.     

来流附面层对大转角扩压叶栅气动性能的影响

实验对比了低速条件下抽吸来流附面层前后某大转角扩压叶栅性能的变化。在叶栅壁面进行了墨迹流动显示,并对叶栅出口截面参数进行了测量。结果表明,入口附面层主要影响的区域是损失比较严重的吸力面/端壁角区。减薄大转角扩压叶栅的入口附面层可有效抑制栅内端壁附近的横向二次流、抑制角区分离、降低损失。当吸气量为入口流量的2.5%时,总...     

吸力面小翼对扩压叶栅旋涡结构的影响

本文采用经过实验校核的数值模拟方法对某压气机动叶原始叶型和吸力面叶尖小翼叶型流道旋涡结构进行了详细分析.结果表明,原始叶栅流道中存在四个旋涡,即上通道涡、下通道涡、下集中脱落涡和叶顶泄漏涡。吸力面叶尖小翼的应用使得叶栅流道内的旋涡结构发生了变化,叶尖小翼抑制了叶顶泄漏涡的强度,从而使得上集中脱落涡得以出现,同时还使得叶顶泄漏涡的衍生涡被撕裂成两个衍生涡.正是由于叶尖小翼改变了叶栅流道内的旋涡结构,使叶栅流场的气动性能得到了改善.     

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。     

1+1/2对转涡轮低压动叶激波结构的研究

本文对1 1／2对转涡轮低压动叶中激波结构等进行了详细的数值模拟．通过对流道中静压和马赫数等参数的分析发现,当高压动叶外伸波扫过低压动叶流道时,低压动叶前缘吸力面处产生了一道脱体弧形激波,流道中吸力面上产生了一道正激波,在脱体激波和正激波之间,存在着较强的膨胀波,这种分布与跨音压气机叶栅中的波系结构相似．当高压动叶尾迹扫过低压动叶时,低压动叶吸力面的压力会产生明显的波动,出现一个随时间变化的低压区．     

吸力面凸台对缩放型流道涡轮动叶气动性能影响的数值研究

本文采用数值模拟的方法对1+1/2对转涡轮高压动叶吸力面内伸波作用位置添加凸台以降低激波损失的机理进行了研究。通过详细的数值模拟及流场分析可知,加凸台对于涡轮级间的匹配关系不会带来明显的影响,合适的凸台位置及高度能有效地抑制内伸波引起的边界层分离,并在一定程度上减小内伸波的强度,提高涡轮效率.本文研究结果显示,当凸台位于高压动叶吸力面84%～86%轴向弦长,最大高度为1 mm,且与叶片表面光滑连接时,效果最佳,此时涡轮效率提高约0.11%。     

叶根开槽对高速常规负荷压气机叶栅性能影响

采用基于螺旋度修正的SA模型数值研究了叶根开槽控制NACA65-K48高速常规负荷叶栅三维角区分离流动的效果。对比了原型叶栅及叶根开设有单槽道、双槽道叶栅的性能。研究表明,叶根开槽在较大的攻角范围内均有效降低了损失,改善了叶栅性能。槽道出口射流具有"自适应"性,其速度略大于当地主流速度,对低能流体具有很好的向下游携带作用。当槽道出口位于吸力面分离区之前时,槽道出口射流可有效推后分离区,减小分离区所占据的展向高度,增大了叶中无分离区的大小,改善了叶中流通能力。单槽道方案槽道出口射流的作用范围有限,引入第二个槽道可起到"接力"的效果。     

具有叶尖小翼的压气机叶栅间隙流动分析

采用数值模拟方法对利用不同安装方式叶尖小翼控制压气机叶栅间隙流动进行研究。结果表明,不同安装方式叶尖小翼都可以有效降低叶顶泄漏流速,削弱泄漏涡强度。叶尖小翼改变了叶尖负荷及泄漏涡运行轨迹,进而影响了叶尖流场不同涡系之间的相互作用。吸力面小翼削弱了泄漏涡,抑制了通道涡的发展,使得叶栅总损失降低。压力面小翼及组合小翼削弱了泄漏涡,但增强了通道涡及其与泄漏涡之间的相互作用,叶栅总损失增加。     

涡轮叶栅双排孔气膜冷却数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面技术以及分区网格算法,对某型具有冷气孔形状的涡轮叶栅进行了全三维N-S方程数值求解,描述了相邻两排冷气射流在叶栅吸力面形成的冷却气膜以及壁面附近冷却射流运动的特点,分析了不同吹风比和喷射角度情况下冷却绝热效率的分布规律。结果表明,在较大的吹风比和喷射角下,交错排列的两排冷却射流运动规律非常复杂,在两排孔之间的区域与冷气孔下游区域冷却气膜的形成规律具有明显的区别。     

孔隙射流位置对直扩压叶栅壁面静压及流谱影响

对带有孔隙射流的某大折转角直扩压叶栅性能进行了实验研究,分析了不同位置孔隙射流对壁面静压及极限流线的影响.结果表明,孔隙射流能够改善角区流动,同时降低叶片中部损失;最佳开孔位置位于25%相对叶高处,总压损失系数相对无孔隙射流叶栅降低4.9%;孔隙位置对端壁静压的影响不大.     

透平叶栅气膜冷却损失分析

本文通过数值模拟的方法,研究了在不同吹风比条件下透平叶片压力面和吸力面气膜冷却对叶栅气动损失的影响,采用损失分离方法,分析了各部分损失的变化规律。结果表明,气膜冷却引起的损失与冷气射流与主流的动能比成正比;孔内损失随吹风比迅速增加,高吹风比下不可忽略;低速条件下温差传热不可逆损失是气膜冷却不可逆损失的主要来源;气膜冷却有可能减小边界层内的损失。     

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%。