在高负荷涡轮叶栅中应用弯叶片控制流动分离的实验研究

本文选择叶型折转角为113°和160°的两种高负荷涡轮平面叶栅,分别开展了直叶栅(STR)和正/反弯曲叶栅的流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响.实验结果表明:当叶型折转角为113°时,适当的正弯叶片(DHP)可以减少叶栅流动损失;当叶型折转角为160°时,适当的反弯叶片(DHN)能提高叶栅气动性能.     

大折转角弯曲扩压叶栅变冲角性能研究

实验研究了叶片正弯曲对某大折转角扇形扩压叶栅变冲角性能的影响。结果表明,叶片吸力面表面静压沿展向呈现明显的“C”型分布,促使端部附近低能流体向中径处迁移,且冲角越大,叶展中部低能流体积聚越多,损失增加明显;零冲角和负冲角时,15°、20°弯角正弯叶栅总压损失低于直叶栅,正冲角时情形相反,而25°弯角正弯叶栅损失在所有实验冲角下均大于直叶栅。因此,慎重选择设计参数是在大折转角扩压叶栅中成功应用叶片弯曲技术的前提。     

不同冲角下弯曲扩压叶栅出口流场的实验研究

本文在不同冲角下对直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片和Ｓ型叶片组成的四种平面扩压时栅的出口流场进行了详细的实验研究。通过与常规直叶栅的对比，分析了正倾斜叶栅降低根区二次流损失的原因，阐述了正弯曲叶栅在正冲角下改善叶栅两端区流动状况，降低能量损失的机理和Ｓ型叶栅降低根区损失、总损失系数对冲角变化不敏感的原因。结果表明，扩压叶栅中采用正弯曲叶片在一定条件下是可行的。     

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。     

凹坑排列方式对高负荷扩压叶栅的影响

本文采用数值方法,研究了来流马赫数为0.7时,凹坑排布方式对高负荷扩压叶栅NACA0065-K48的影响。凹坑布置在10%～32%轴向弦长,排布方式分为平行排列和交错排列两种。通过对比3种叶栅的性能参数以及流场结构发现:凹坑叶栅在负冲角时可以降低流动损失并提升扩压能力,这是由于凹坑扰动使得附面层的湍动能水平提高,进而减弱了分离泡、角区分离以及二次流动;凹坑叶栅的叶型损失增加;平行排布方式具有更宽的工作范围,在-3°冲角时可以使得总压损失减小14.26%。     

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.     

扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。     

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.     

扩压叶栅二维流动分离的数值模拟

通过数值模拟,研究了二维扩压叶栅内流动分离及涡脱落的特征.定常计算结果表明:随着叶片负荷的增加,流场中奇点数目明显增加.非定常计算结果表明;在二维扩压流场中存在尾缘脱落涡和吸力面脱落涡两种脱落涡,它们的脱落频率随着冲角和马赫数的变化而变化.     

变稠度大折转角弯曲扩压叶栅数值优化

以实验研究为基础,利用以均匀试验设计法,最小二乘拟合和遗传算法寻优相结合的混合优化方法进行了环形扩压叶栅弯曲匹配数值优化研究.结果表明,优化的弯角和弯高范围随叶型折转角的增大而减小,合理选择弯曲方案将可以达到改善角区流动、减小损失的目的;叶片弯曲优化匹配设计可扩展现代压气机中弯曲叶片的应用范围,也表明了在大转角压气机中采用弯曲叶片设计方法的巨大潜力.     

尾板对弯曲叶片压气机叶栅出口流场的影响

进行了带尾板的常规直叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片组成的三种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究,测量了叶栅出口流场,分析了零冲角下尾板对叶栅出口能量损失分布情况和二次流速度矢量的影响。结果表明尾板对压气机叶栅,尤其是弯曲叶片压气机叶栅出口流场有很大的影响,反弯曲叶栅的总损失最大。     

轴向间隙对压气机时序效应影响之一：总性能

本文实验研究了在不同动、静叶间轴向间隙下静叶时序效应对某低速轴流压气机气动性能的影响.结果表明,相同轴向间隙下,时序效应对效率的影响随流量增加而增强,但对压比基本没有影响;在不同轴向间隙下,设计工况效率在67%轴向间隙时最大,33%间隙时最小,且最高、最低效率的静叶时序位置有所不同.综合变轴向间隙和时序位置的影响,压气机设计工况效率最大可提高1.0%,最大流量工况处可提高2.3%.但是随着轴向间隙的减小,压气机喘振裕度有所下降.     

叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片性能影响的研究

本文研究与分析了叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片气动性能的影响。采取了注重流动机理的优化方法,对本文算例的风扇叶片进行了优化,改进后所得的叶片的效率比原设计有了较大的提高。     

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。     

弯曲动叶对跨音轴流压气机性能的影响

对具有弯曲动叶的跨音轴流压气机性能的数值研究表明,反弯曲动叶中通道激波沿径向倾斜角度最大,在顶部移向下游,在中部移向前缘,提高了失速裕度,但也增加了中部损失,反弯曲动叶级效率最低。正弯曲动叶中通道激波在顶部前移,失速裕度下降,通道激波近似为径向,负荷沿叶高分布均匀,气动效率最高。通道激波位置合理分布是弯曲动叶改型设计成功的关键。     

风扇/增压级非设计工况特性分析

本文对某涡扇发动机风扇-外涵道-内涵道整体进行三维定常数值模拟,对内外涵道在设计转速下的流量特性和非设计工况下的气动性能进行了分析。得到内外涵道的稳定工作区域以及在内外涵道堵塞和近失速点的流场信息,为风扇／增压级整体结构的性能评估和优化设计提供了一定的依据。     

采用附面层吸除的扩压叶栅变冲角性能

数值模拟了-12°-12°冲角范围内,三种稠度(1．0914、1．3642和1.8189)叶栅采用附面层吸除技术后的性能变化。结果表明,在压气机叶栅中应用附面层吸除技术时,从降低叶栅总损失的角度出发,叶栅性能的提高与叶栅稠度、冲角范围、吸气位置以及吸气量的大小等参数有直接关系。