钟兢军[1]1995年在《弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究》文中研究说明现代航空工业的发展，要求不断提高航空发动机的性能，其中压气机性能的改善起着十分关键的作用。因此，研究压气机叶栅内真实流动的结构和机理，探索降低做为叶栅中主要能量损失的二次流损失的方法和途径是非常必要的。 本文对具有常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片和S型叶片的压气机平面扩压叶栅，在低速大尺寸风洞上进行了实验研究。在零冲角、正冲角和负冲角下利用静压测孔和五孔束状探针对叶栅壁面静压和叶栅出口流场进行了详细的测量，并在零冲角下进行了流场显示。实验给出了五种叶栅零冲角和变冲角下的特性。实验结果表明，常规直叶栅的通道涡较强，叶栅出口集中脱落涡和角区分离泡的存在，造成了叶栅两端区较高的二次流损失。在正倾斜叶栅中，根部区域通道涡加强，角区的分离消失，吸力面上气流分离由鞍点／螺旋点分离转变为鞍点／结点分离，根部区二次流损失降低；顶部区域由于低能流体的大量集聚，分离和回流相当严重，高损失区扩大，叶栅的总损失提高。正弯曲叶栅中，建立了沿叶栅的中部压力低而两端压力高的“C”型压力分布，两端区通道涡加强，角区分离消失，上下两个集中脱落涡向叶栅中部汇合并出现旋涡的破裂，叶栅中部二次流损失有所提高，在正冲角下叶栅总损失有所降低，而零冲角和负冲角下叶栅总损失有所提高。对反弯曲叶栅，叶栅通道涡较直叶栅有所减弱。虽然两端的角区分离有所加大，但集中脱落涡由于流线的收缩而减弱为尾缘出口脱落涡且汇聚在叶栅中部，通道涡和脱落涡破裂消失，叶栅二次流损失降低，叶栅总损失在所有冲角下与直叶栅相比均得到降低。S型叶栅表现出正弯曲叶栅和反弯曲叶栅的一些特点，损失沿展向分布较为均匀，但叶栅总损失未得到降低。 此外，本文研究了采用弯曲叶片后，扩压叶栅气动特性与叶栅稠度的关系。实验结果表明，随叶栅稠度的增加，叶栅损失在大部分冲角下呈增高趋势。在正弯曲叶栅中，对应最小损失的冲角出现在正冲角下，且低损失系数区增宽；在反弯曲叶栅中，对应最小损失的冲角为负冲角。为了降低损失，正弯曲叶
曹志远[2]2014年在《附面层抽吸对轴流压气机流动控制及性能影响的研究》文中提出航空发动机的发展要求进一步提高其关键部件轴流压气机的性能。随着轴流压气机级负荷的逐渐提升，压气机内部分离流、二次流等显著影响其效率和稳定性，同时也阻碍压气机级负荷的提高。轴流压气机性能的进一步提升得益于对其内部流动机理和流动控制技术在压气机内部应用的深入研究。在轴流压气机中，转子、静子叶栅内附面层分离流、角区失速、通道涡、泄漏涡等流动现象严重影响着压气机性能的提升，叶片表面脱落涡引起的气动激振力对于压气机的稳定工作也有着重要影响。目前，附面层抽吸技术已被证明是有效控制附面层分离、提高压气机负荷的流动控制技术之一。因此，深入开展附面层抽吸控制叶栅内流场的研究，是进一步提高轴流压气机性能的关键。为验证附面层抽吸对压气机叶栅流场的改善效果，设计了两套吸附式压气机叶栅，实验测量了附面层抽吸前后叶栅总性能、栅后尾迹曲线。研究发现，附面层抽吸后，叶栅损失系数大幅降低，各实验工况尾迹区的宽度明显减小，深度明显降低，逐渐向叶片尾缘移动，表明附面层分离减弱、气流转折角增大。叶片表面脱落涡对轴流压气机级间干涉、压气机的稳定工作有重要影响。本文采用大涡模拟方法，分别对孤立叶型和吸附式叶栅附面层抽吸前后进行数值模拟研究，成功的捕捉到了孤立叶型和叶栅各工况下叶片表面的脱落涡。未抽吸工况，脱落涡主要来自叶片吸力面，脱落涡在吸力面单个随机产生，而不是以对涡形式出现，与常见的卡门涡街明显不同。附面层抽吸后，孤立叶型各工况和叶栅小攻角工况下，吸力面脱落涡被明显抑制，吸、压力面附面层在叶片尾缘脱落形成典型的卡门涡街，卡门涡街的主频显著增大、幅值明显减弱；叶栅较大攻角工况，吸力面脱落涡未能被完全抑制，叶片尾缘并未发现卡门涡街，随着抽吸量的增大，脱落涡在栅后排列逐渐变得较为规则，脱落涡幅值大幅减小。其次，针对直列叶栅，设计了多种不同的吸力面、端壁、组合抽吸方案，对于弯曲叶栅，设计了不同的吸力面、端壁抽吸方案。数值研究结果表明，直列叶栅吸力面局部抽吸可改善抽吸叶展截面流场，却恶化了未抽吸叶展截面流场，全叶展抽吸可改善全叶展流场，其原因是吸力面抽吸后沿叶高形成的“C”型或反“C”型压力分布导致的低能流体迁移。本文采用叶片吸力面/端壁组合抽吸方案，完全消除了直列叶栅叶片吸力面的附面层分离，静压沿展向分布也更加均匀。在充分认识弯曲叶片对叶栅流场影响机理的基础上，对弯曲叶栅展开了附面层抽吸的研究。发现叶片正弯曲结合局部附面层抽吸时，叶片吸力面、角区流场均得以改善；正弯曲叶栅结合全叶展抽吸时，叶展中部流场明显改善，吸力面近角区流场改善不明显，这也是叶栅通道内沿展向静压分布所致。叶片反弯曲形成的反C型静压分布抑制了叶展中部分离，恶化了端区流场；叶片反弯曲结合端壁附面层抽吸后，端壁流场明显改善，叶展中部附面层分离区域明显增大。再次，在研究不同间隙大小对叶栅流场影响的基础上，设计了多种叶尖端壁抽吸缝，数值模拟了端壁抽吸对叶尖间隙流的影响。结果表明，未抽吸叶栅中，叶尖泄漏涡随叶尖间隙、攻角的增大而增强。端壁抽吸后，叶尖泄漏涡随抽吸量增大逐渐减弱，叶尖通道涡与叶尖泄漏涡呈现出此消彼长的关系；在各抽吸方案中，叶尖正上方端壁处抽吸导致的叶尖泄漏涡减弱最为明显，吸力面侧抽吸缝方案次之，压力面侧抽吸缝方案效果最不明显；叶尖正上方长缝抽吸后，叶尖泄漏涡几乎被完全控制；端壁抽吸后，损失沿展向分布呈现出叶尖端壁处损失减小、叶展下方损失增大的趋势，静压比随着抽吸量增大逐渐增大。然后，针对某双排轴流对转压气机转子进行级环境下附面层抽吸的探索，根据流场结构，在前排转子（R1）、后排转子（R2）吸力面设计了多种抽吸缝，深入研究不同吸气位置与吸气量下R1单独吸气、R2单独吸气对对转压气机流场结构及性能的影响；此外，分别针对R1单独抽吸对转压气机整机效率最高工况、R1单独抽吸R1效率最高工况结合R2进行双排共同抽吸。结果表明，R1单独吸气时，随抽吸量增加R1效率提高，R2进口气流参数与R2匹配性变差，导致R2效率降低，最终对转压气机整机效率先增加后减小，有一个最佳抽吸量，整机效率最多提高0.9%；R2单独吸气时，随抽吸量增加，R2效率先增大后减小，上游转子R1受下游转子抽吸影响较小，对转压气机整机效率先增大后减小，最高提高1.4%；双排共同抽吸进一步提高了对转压气机效率。最后，初步设计了一台超高压比吸附式轴流压气机。转子采用超大弯角、冲击式转子、低展弦比设计，转子叶片前段采用预压缩叶型，弯度主要集中在后半段，各截面弯度均在90°以上，最终轴流压气机转子压比高达5.7，效率达87%，在气动上验证了附面层抽吸的效果。
陈焕龙[3]2009年在《采用缝隙射流技术的弯曲扩压叶栅气动性能研究》文中认为高效率、高级压比、高可靠性始终是现代航空发动机先进压缩系统的发展目标,因此深入研究压气机内部流场结构、探索如何控制高负荷导致的大尺度流动分离已成为叶栅气体动力学研究中的重要课题。将叶片三维气动造型、缝隙射流等技术相结合,以有效控制高负荷压气机叶栅内部流动分离将是一条极具潜力的途径。本文在低速大尺度风洞中实验研究了大折转角有/无缝隙结构的弯曲压气机叶栅流场结构。在零冲角和变冲角条件下,采用五孔探针详细测量叶栅流场参数,采用U形水排测量了端壁及型面静压分布,并应用墨迹方法进行了壁面流场显示。在实验研究的基础上,采用基于数值模拟与遗传算法的混合方法研究了带缝隙的弯曲扩压叶栅缝隙径向位置与叶栅冲角间的关系。此外,结合实验研究、数值模拟结果以及拓扑原理、微分方程定性分析理论等深入研究了缝隙射流与弯曲叶片技术相结合控制高负荷扩压叶栅附面层流动分离的机理。实验研究结果表明,零冲角条件下,缝隙两端压差导致的从叶片压力面到吸力面的射流不仅能够有效地控制高负荷扩压叶栅吸力面附面层的分离、脱落,增加气流折转能力,而且还可以提前破坏叶栅轴状涡的湍流相干结构,从而增加尾迹区低能流体动能,抑制高熵流体向尾迹中心的聚集,降低尾迹掺混、尾迹强度、尾迹区自由涡层动量厚度,达到改善叶栅气动性能的目的;当缝隙轴向位置起始于吸力面上分离线附近,并向分离区内延伸时缝隙射流控制流动分离效果较好;合理选取缝隙径向位置和多缝隙组合方式,可以进一步降低扩压叶栅气动损失;对于正弯叶栅,缝隙射流在减弱吸力面附面层分离的同时还可以增加缝隙附近处的气动负荷,而反弯叶栅中的缝隙射流则更为显著的减小吸力面分离流动。非设计冲角条件下,缝隙射流改善附面层分离流动的机理与设计冲角下类似,有效地增加了高负荷扩压叶栅的低损失冲角范围。负冲角条件下,缝隙射流降低了尾迹动量损失厚度,阻碍了端区低能流体的径向迁移,从而降低了扩压叶栅总损失;正冲角条件下,速度较高的缝隙射流改善了吸力面分离区内的附面层流动特性,减弱了栅后高熵流体的聚集,较大幅度的改善了叶栅气动性能;叶片正弯导致的附面层径向迁移一方面改善了端区流动状况,另一方面却使得叶栅中径附近的流动恶化,叶片反弯时情形正相反;采用缝隙射流技术可以减弱甚至消除弯曲叶栅中因附面层迁移导致的局部流动恶化,高速射流将局部积聚的低能流体及时引向主流,从而减少附面层的脱落,破坏集中脱落涡的拟序结构,抑制栅后尾迹高熵流体的过度聚集,而且这种效果由负冲角到正冲角逐渐增强,因此缝隙射流与弯曲叶片技术的有机结合能够进一步提高高负荷扩压叶栅的气动特性,并可拓展它们的应用范围、增强作用效果。此外,本文还以实验和数值模拟的样本结果为基础,采用遗传算法获得了高负荷扩压叶栅中缝隙径向位置与冲角间的关系。为了更好地理解弯曲叶片与缝隙射流技术相结合的流动控制机制,本文从拓扑原理出发,详细推导了适用于有/无缝隙扩压叶栅壁面、横截面及跨叶截面流场的拓扑准则,并给出了上述流谱中结点、鞍点等奇点的总数与缝隙数目间的数学表达式,这些准则为应用缝隙射流、弯曲叶片等流动控制技术的叶轮机械流场分析提供了一种可行的分析方法;结合涡动力学理论、微分方程定性分析理论以及奇点分叉原理,初步描述了流动控制技术降低高负荷扩压叶栅二次流损失的机制,即通过流动控制技术可将压气机叶栅中与高损失对应的叶片吸力面上鞍点—螺旋点分离结构经由退化结点或临界结点转化为鞍点—结点分离结构,这种拓扑结构能够抑制扩压叶栅流场中的大尺度分离或旋涡的产生,从而达到有效降低叶栅气动损失的目的,这也是缝隙射流和弯曲叶片技术能够有效控制扩压叶栅吸力面集中脱落涡最本质原因;在上述研究的基础上,深入地分析了高负荷扩压叶栅中的旋涡结构以及附面层迁移与控制机理,提出了高负荷有/无缝隙结构扩压叶栅流场的旋涡模型,并指出其中的通道涡与吸力面集中脱落涡是影响大转角扩压叶栅气动性能的两个主要因素。
陈海生[4]2002年在《弯曲叶片透平叶栅和单级轴流风机气动特性的实验和数值模拟研究》文中进行了进一步梳理本文采用实验和数值模拟的方法，分别对弯曲叶片透平叶栅和单级子午加速轴流风机的三维流场进行了研究。实验分别在中国科学院工程热物理所平面叶栅实验台和轴流风机实验台上进行，数值模拟采用三维粘性数值模拟软件Fine／Turbo。本文共分两个部分： 第一部分报告了叶片弯曲对低展弦比透平叶栅流场影响的研究结果。实验测量了一典型透平静叶型常规直叶片叶栅和叶片弯曲角(端部倾斜角)分别为-20°、-10°、+10°、+20°及+30°的弯曲叶片叶栅出口流场和叶片表面静压分布。并对上述六套叶栅三维粘性流场进行了数值模拟。详细对比了各叶栅出口截面流场和壁面静压分布，在此基础上分析了叶片弯曲对叶片表面静压分布及叶片负荷的影响，以及近壁流谱，流道中各主要旋涡和损失发展的规律。实验结果和数值模拟结果均表明，对于该叶栅，叶片弯曲虽然在叶片表面建立了“C”型压力分布，但并没有提高叶栅流场的气动性能。随着叶片正弯曲角的增大：叶栅总损失增加；叶栅出口气流角沿叶高剧烈变化；叶栅出口尾缘涡的强度和尺度明显增大，而叶栅出口通道涡的强度和尺度变化都不大；叶栅中部和端部二次流均增强，总平均的二次流动能增大。对于该叶栅，叶片反弯曲亦不能提高叶栅流场的气动性能，直叶片叶栅总损失最小。 第二部分报告了单级带后置导叶子午加速轴流风机性能和流场的实验和数值模拟研究结果。实验测量了在设计转速下该风机全工作范围的性能参数。数值模拟共进行了11个算例，包括不同几何模型(叶片约化，轮毂有、无间隙)，不同进口条件和不同流量等。详细分析了转、静子间轮毂间隙和进口附面层对风机级性能和流场细节的影响。结果表明，有进口附面层和没有轮毂间隙模型的风机性能最接近设计参数，而有进口附面层和有轮毂间隙的模型的计算结果最接近实验值。
陈绍文[5]2007年在《不同折转角压气机叶栅中应用弯曲叶片的实验与数值研究》文中研究表明提高航空涡轮发动机性能的重要途径之一就是提高压气机部件的性能,叶片弯曲作为一种能够有效改善叶栅气动性能、降低作为压气机叶栅中主要能量损失来源的端壁损失的设计方法,已经得到广泛的应用和研究。压气机通流部分的三维几何形状对压气机气动性能的影响较大,随着现代航空涡轮发动机推重比的不断提高,研究如何在具有高负荷的压气机叶栅中继续应用叶片弯曲设计思想,以最大限度的提高压气机的性能成为近年来的热点。本文首先采用基于遗传算法的混合优化算法,对不同折转角压气机叶栅进行了正弯曲优化设计,得出了设计冲角下不同折转角时弯高、弯角的最佳匹配方案,并以此为基础确定了弯曲叶栅的实验方案。在低速大尺度环形风洞中,对具有40°、50°和60°的三种叶型折转角的叶栅进行了实验研究,其中每种叶型折转角叶栅又由四种直、弯叶栅组成,分别为常规直叶栅(STR)、15°正弯曲叶栅(PB15)、20°正弯曲叶栅(PB20)和25°正弯曲叶栅(PB25)。在设计零冲角和变冲角情况下,采用五孔探针对叶栅流场进行了详细测量,采用U型水排测量了端壁静压和型面静压分布,并利用墨迹显示的方法对叶栅壁面流场进行了描绘。数值计算和实验结果均表明,在三种折转角叶栅中,零冲角时叶片正弯都可以有效改善叶栅端部流动状况并减小端部流动损失,且采用适合的弯高和弯角能够最大限度降低叶栅总损失。实验结果还表明,在大折转角直叶栅吸力面呈现沿径向的“C”型静压分布,这表明在大折转角叶栅中采用较大弯高和弯角的正弯叶片时,叶栅内低能流体从叶栅端部向中部迁移的能力更强,因此更容易导致中部流动的恶化。在非设计冲角下,随着叶型折转角的增大,叶栅中部损失对冲角的敏感性逐渐增强,最佳正弯角和弯高范围逐渐缩小。在正冲角时,部分正弯叶栅端部流动不仅没有被改善,还有恶化的趋势,这与叶栅中部气流严重分离和堵塞造成对端区低能流体的挤压有关。为了详细研究叶栅流道内的分离流动和旋涡结构对气动性能的影响,文中还对实验条件下的正弯叶栅流场进行了数值模拟。结果表明,大折转角叶栅流道内旋涡由多涡结构向单一涡结构转变的趋势明显,叶片正弯使得流道内近吸力面的涡系径向掺混作用加强;叶展中部流动分离的加重导致集中涡系破裂,从而引起流道内气流的严重堵塞,这是损失激增的主要原因,因此,要在高负荷压气机叶栅中应用正弯叶片,必须有效抑制中部流动的恶化。栅内三维流动随负荷的增大而愈加剧烈,严重时发生较大分离,并容易引起损失激增,如何有效延缓三维分离的发生,降低因较强三维分离而引发的损失增大,对研究涡系之间掺混和相互作用有重要意义。考虑到实验中较厚的进口附面层对流场的影响较大,文中对人工减薄进口附面层条件下的弯曲叶栅进行了数值模拟研究。结果表明,相比实验进口附面层条件,当进口附面层较薄时,在多数工况情况下采用正弯叶片对叶栅气动性能的改善程度都有所增大,而较大正冲角时,在较大折转角叶栅中采用较大弯角的正弯曲叶片仍然引起损失激增。为了更好地控制具有端壁不对称特性的大折转角压气机叶栅分离流,采用均匀设计法和响应面回归,得到了在不同叶型折转角叶栅中,叶片弯角和弯高以及稠度与叶栅损失之间的数学关系,并利用遗传算法进行优化。结果表明,优化后的正弯角和弯高范围随叶型折转角的增大而减小,在部分小稠度大折转角叶栅顶部采用小弯角反弯的弯曲方式取得较好效果。恰当选择具有优化匹配设计的弯曲叶片可以有效扩展压气机中叶片弯曲的应用范围,也表明了在大折转角环形压气机中采用弯曲叶片设计方法仍有巨大的潜力。
欧阳华[6]2002年在《新型可逆式弯掠组合叶片的研究》文中认为正反向可逆式通风对于矿井、隧道等场合的安全生产具有极其重要的意义,具有直接反转特点的可逆式风机由于结构简单、反风响应快等特点,已成为正反向可逆式通风领域的主要研究方向。此外,在轴流风扇／压气机领域,弯掠叶片技术的应用可大幅提高气动效率、降低气动噪声、提高稳定工作范围,亦逐渐成为叶轮机械研究领域的主要研究方向之一。本文以直接反转可逆式通风和弯掠叶片技术为研究对象,采用实验、理论和数值模拟等研究手段,首先研究了一种具有直接反转特点完全可逆式组合叶片的轴流风机。其次,在国内首次对具有相同几何参数和弯角大小的周向前弯和周向后弯动叶轮进行了对比研究,探讨了弯掠叶片的气动-声学特性及其内部流动机理,并进一步完善了适用于弯掠叶片气动计算的“双激盘”理论模型。最后,通过将弯掠叶片技术与组合叶片相结合,首次提出并研究了一种新型弯掠组合叶片。本文的主要研究工作包括：1.叶轮设计本文以目前工业通风领域广泛采用的T35型轴流风机作为设计原型,分别设计制造了周向前弯叶轮、周向后弯叶轮、可逆式组合叶轮和可逆式弯掠组合叶轮等四个叶轮。由于目前弯掠叶片领域尚未建立一套成熟的设计体系,本文首次尝试将逆向工程设计方法应用于弯掠叶片设计领域,建立了一套弯掠叶片逆向工程设计流程；此外,考虑到叶栅稠度沿叶高的变化,引入相对栅距系数T'作为叶片周向最佳组合参数的衡量指标,通过多方案分析成功将平面叶栅实验优化结果应用于可逆式组合叶片和弯掠组合叶片的设计。2.实验装置及测试方法本文建立了一套风机气动-声学实验装置。采用五孔探针和热线风速仪(CTA)对实验风机出口流场进行了详细测量,探讨了旋转单斜丝热线测量叶轮机械出口三维平均流场的方法,通过采用反射式红外跟踪触发系统,实现了同步触发多点采样平均技术在本文热线测试工作中的应用,通过分析热线单丝斜探头旋转次数和测量时测量数据总体平均次数对测试结果的影响,为热线的准确测量提供了依据。实验结果表明,本文所采用的实验装置和测试方法满足风机总体气动-声学性能及风机出口详细流场测量的要求。3.弯掠叶片的理论与实验研究弯掠动叶的径向力分量可有效控制通道内部径向压力梯度和叶片表面附面层中低能流体的流动,应用前弯技术有助于减小叶顶处通道二次流损失、减薄叶片表面附面层厚度、减少附面层内低能流体向叶顶处的堆积,极大改善了叶顶流动状况,有助于提高风机总体气动-声学性能；动叶后弯引起叶片下半叶高附面层内低能流体向叶片顶部迁移,增加了叶顶部分通道二次流和端壁损失,而下半叶高通道二次流损失和轮毂附面层损失的减小不足以抵消叶顶附近所增加的损失,从而引起风机总损失增加,效率降低,噪声增大,其应用效果明显不如前弯。弯掠叶片内部流场的数值模拟结果进一步揭示了叶片弯掠后对内部流动参数分布的影响。在理论方面,通过改进损失计算模型和建立出口气流角与升力系数、总损失系数间的修正关系,进一步完善了弯掠叶片“双激盘”气动计算模型。通过对周向弯曲方向和弯曲角度的优化表明,动叶采用前弯技术明显优于后弯,动叶后弯后气动效率随弯曲角度的增大而明显降低；前弯动叶存在一最佳角度范围,主要取决于动叶前弯后上半叶高叶顶处损失的减小与叶片中部、下半叶高损失增加之间的平衡,合适的前弯角度可使叶片前弯后减小总损失,提高气动效率,本文中最佳前弯角度范围在2°～4°(对应叶顶处弯角6.5°～14.2°)为宜,此时风机效率可比径向叶片提高1.5%～2.0%。4.可逆式组合叶片及弯掠组合叶片的研究本文在现有T35原型叶片的基础上将叶片正反向组合后构成可逆式组合叶片。实验结果表明组合叶片可满足风机直接反转可逆式反风要求,且可保证正反向气动性能完全一致；后排反向叶片的加入在前、后排叶片间形成的加速流道有效改善了前列正向叶片吸力面附面层流动,但反向布置的后排叶片由于常规的平板圆弧叶型曲率方向与正常情况相反,后排叶片产生负压升,恶化了组合叶片的总体气动-声学性能；在组合叶片上引入弯掠技术形成弯掠组合叶片后,叶片径向力有效的减小了叶顶通道二次流和端壁附面层损失,总体气动-声学性能有大幅度提高,其中风机流量系数增加7.97%,全压系数增加9.69%,静压系数增加5.88%,效率增加11.78%,比A声级降低4.97dB,显示出良好的应用前景。5.进一步工作展望通过对本文的研究工作进行总结,结合目前风扇/压气机领域的研究动向,提出了弯掠叶片、组合叶片和弯掠组合叶片的进一步研究思路。
许文娟[7]2014年在《扩压叶栅弯曲叶片损失计算与分析》文中进行了进一步梳理随着多级压气机向高负荷、高推重比的方向发展，压气机设计体系也不断进步，一维、S2设计方法由于计算时间短、精确度高逐渐被广泛应用。但这种设计方法依赖于损失模型的精确度。弯叶片被大量研究证明能够降低叶栅损失，改善压气机性能。对此，本文采用NACA-65系列叶型，利用数值模拟的方法，对叶栅损失及弯曲叶片对叶栅性能的影响展开了系列的工作。首先，利用经过实验校验的CFD数值计算方法对叶型损失经验公式进行修正，利用修正的公式计算分析不同几何条件对二次流损失的影响：叶型折转角的增加导致二次流损失的增加；叶栅稠度的增加导致叶型损失及二次流损失的增加，而展弦比增加降低了叶栅二次流损失。其次，折转角40度叶栅正弯10o-30o，以及反弯10o-30o，结果表明正弯使前缘鞍点向压力面一侧偏移，进而使吸力面的前缘附近出现小范围分离泡，推迟了角区分离的产生，增强了吸力面展向C型压力分布趋势；减小了端区二次流动损失，增强角区通流能力，而反弯曲叶片效果相反。叶片由反弯向正弯变化过程中，存在一个最佳弯角，使二次流损失最低。最后，分析来流不均匀分布的级环境下静叶弯曲对叶栅性能影响。结果表明，静叶弯曲使整机效率提高最大1.634%，尤其在端壁角区附近，整机效率增加明显。静叶正弯5度，随着弯高的增加效率随之增加，到20%弯高时，效率增加了1.634%，弯角弯高到达一定程度，会造成损失的升高。弯曲方案应根据实际的环境决定。
刘军[8]2016年在《跨声速压气机应用弯曲叶片的数值研究》文中进行了进一步梳理燃气轮机是对国防工业和国民经济有着重大战略意义的产品,压气机性能的改善对于提升发动机整体性能起着非常关键的作用,随着压气机向着高负荷、超/跨声速方向发展,高性能的超/跨声速压气机叶片设计技术已成为热点研究领域之一。叶片三维积叠线的轴向、周向倾斜或者弯曲均对压气机气动性能有着重要影响,跨声速压气机弯曲叶片的应用研究成为国内外研究工作的重点。本文以跨声速压气机转子Rotor37和级Stage37为研究对象,借助商业软件NUMECA,开展动/静叶片弯曲的数值研究,重点研究叶片弯曲造型对跨声速压气机内部流动特性及损失机理的影响,为在跨声速压气机中应用弯曲叶片技术提供进一步的理论基础,主要开展了以下几方面工作：首先,对研究对象进行了网格无关性验证,在此基础上将原型数值结果和实验进行对比,结果表明数值模拟可以较好的反映实际流场信息,保证计算的可靠性。在后续的数值研究中以数值原型为标准进行对比分析。然后,根据正/反弯曲、弯高及弯角参数对Rotor37进行弯曲设计,通过对每个方案进行详细的数值计算,结果发现：叶片弯曲变形改变了型面静压分布、三维激波结构以及通道内旋涡结构。反弯曲改型设计转子绝热效率得到了提升,其提升效果随着弯高、弯角而变化,最高达1.3个百分点。正弯曲改型设计使得转子气动性能降低,且随着弯高、弯角的增大其性能恶化趋于严重。最后,根据弯高及弯角参数对Stage37静叶进行了正弯设计,在级环境下对各方案详细的计算结果表明：静叶单独弯曲时,适当匹配设计的弯高和弯角可以保证总压比和绝热效率不变的前提下使得级稳定工作流量范围有较好的提升,基本都在20%左右。在级环境下将动叶采用反弯曲后,级效率提升大约0.6%,对于本文研究的跨声速压气机级,效率的提升主要来源于动叶性能的改善,合理的弯曲叶片设计以及适当的级间匹配可以有效的提升压气机级整体性能。
张华良[9]2007年在《采用叶片弯/掠及附面层抽吸控制扩压叶栅内涡结构的研究》文中研究表明航空涡轮发动机高推重比的发展方向对压气机部件性能提出了更高的要求。在影响压气机气动性能的各因素中,附面层流动状况具有决定作用。因此,研究压气机叶栅内真实的流场结构和损失产生机理,开发控制附面层流动的技术是改善压气机性能的关键。在压气机三维流动中,流动分离和旋涡运动不仅直接影响着叶栅内的损失分布和叶栅效率,也影响着压气机的稳定工作范围。因此探讨扩压叶栅内的分离结构和旋涡模型十分必要。本文在已有实验结果的基础上,通过数值分析,并应用拓扑学原理,从定常到非定常,从二维叶型到三维矩形叶栅,全面分析了扩压叶栅内流动分离和旋涡运动的规律。并指出扩压叶栅内通道涡与涡轮叶栅内通道涡的本质差别:扩压叶栅内通道涡很弱,对流动组织不起主要作用,对扩压叶栅性能起关键作用的是叶片吸力面的集中脱落涡及其与周围流体的掺混。同时指出,随着冲角的增加,吸力面上的流动趋于复杂,分离形态由开式分离向闭式分离转化。最后,获得了普适性的压气机叶栅旋涡模型。在认识扩压叶栅内流动分离结构的基础上,本文选择了两类方法来控制附面层的分离,即采用弯/掠叶片的被动控制方法和采用附面层抽吸的主动控制方法。通过数值模拟,并采用拓扑分析手段,全面分析了弯/掠叶片在不同几何条件(弯角、掠角、叶型和折转角)及不同气动条件(来流冲角)下的作用效果,考察叶片弯/掠与各几何和气动参数之间的依赖关系,总结弯/掠叶片在各种工况下的作用机理。叶片正弯对压力面静压分布影响不大,主要是改变了吸力面的静压分布,不仅形成或者增强了展向“C”型压力分布,而且对轴向压力分布也造成影响:增强了中部的逆压力梯度,减弱了端部的逆压力梯度。两种压力分布的共同作用使得叶片角区的流动具有由闭式分离向开式分离转化的趋势,而叶片中部的流动具有由开式分离向闭式分离转化的趋势。叶片反弯的效果正好相反。叶片前掠则在压力面和吸力面均形成或者增强了“C”型压力分布,不仅减弱了压力面附面层的展向扩张,并且使得吸力面附面层的分离形态由闭式分离向开式分离转化。在总结弯/掠叶片作用机理的基础上,进一步对附面层迁移理论进行了阐述。附面层迁移不仅包括附着涡层的迁移,而且包括自由涡层的迁移,而自由涡层的迁移主要受分离范围和分离形态的影响。在扩压叶栅内,自由涡层的迁移尤其是分离形态的改变对叶栅性能影响很大。为了更好地控制大转角扩压叶栅内的流动分离,对附面层抽吸(BLS)技术的可行性和控制效果进行了数值模拟。本文应用拓扑学原理,并通过数值模拟,分析了附面层抽吸前后流动结构和分离形态的变化,探讨了附面层抽吸控制流动分离,从而降低二次流损失的机理。结果表明,附面层抽吸可以改变大转角扩压叶栅内的分离结构,尤其是沿叶片展向吸气时,可以明显减小吸力面的附面层分离,并且使得分离形态由闭式分离向开式分离转化,从而流动结构趋于简单。在叶片吸力面不同位置抽吸都能明显降低叶栅损失,但不同的分离形态,其最佳抽吸位置也不同;根据本文评估能量损失和流量的方法,最佳抽吸量为进口流量的2%左右。对以闭式分离主要特征的叶栅,最佳抽吸位置正好对应闭式分离的起始点;对于以开式分离为主要特征的叶栅,最佳抽吸位置则位于主分离区的上游。端壁只有在近吸力面进行抽吸可以获得正效果。此时,附面层抽吸可以改变流场的拓扑结构,遏止角区的闭式分离,并且延迟和减弱吸力面的分离。从而在大部分叶高上使得叶片负荷增加,同时损失减小并且沿径向分布更加均匀。
谷君[10]2007年在《大转折角弯曲扩压叶栅旋涡结构PIV研究》文中认为叶轮机械内部的流动是工程实践中最复杂的流动之一。其流动的主要特点是流场中存在复杂的旋涡结构;流场中的旋涡形成、发展和破碎的演化过程,旋涡与周围流体之间、旋涡之间,以及旋涡与物面之间的相互作用,支配着整个流场的流动特性和物面受力情况。对压气机而言,其内部的旋涡运动不仅会对效率产生影响,更关系到运行的安全性。本文应用二维PIV测量技术完成了对正、反弯扩压叶栅瞬态流场测量,得到了不同流面内速度和涡量的分布。在S1流面内主要测量了流道内和叶栅出口流场,研究了不同叶高处流体的流动特点。对叶栅前缘S2流面进行了测量,观测到了不同叶栅的马蹄涡形态。沿流向共测量了15个不同轴向位置的S3截面,研究了不同叶栅内通道涡沿流向的发展变化情况。实验结果表明,在大正攻角情况下,正、反弯扩压叶栅吸力面附近存在大面积的分离区,叶栅内充满了各种形态的旋涡,流动呈现很强的非定常性、非对称性,同一位置不同时刻流场的流动特征差异较大。对于正弯叶栅,吸力面根部区域分离尺度明显小于中部;出口气流角沿径向变化较大;在叶栅前缘形成了较强的马蹄涡;其通道涡形成较早,位置相对稳定。对于反弯叶栅,吸力面根部分离比中部略大;出口气流角较正弯叶栅更均匀;前缘马蹄涡较弱;通道涡形成较晚,位置随时间变化剧烈。
参考文献：
[1]. 弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究[D]. 钟兢军. 哈尔滨工业大学. 1995
[2]. 附面层抽吸对轴流压气机流动控制及性能影响的研究[D]. 曹志远. 西北工业大学. 2014
[3]. 采用缝隙射流技术的弯曲扩压叶栅气动性能研究[D]. 陈焕龙. 哈尔滨工业大学. 2009
[4]. 弯曲叶片透平叶栅和单级轴流风机气动特性的实验和数值模拟研究[D]. 陈海生. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2002
[5]. 不同折转角压气机叶栅中应用弯曲叶片的实验与数值研究[D]. 陈绍文. 哈尔滨工业大学. 2007
[6]. 新型可逆式弯掠组合叶片的研究[D]. 欧阳华. 上海交通大学. 2002
[7]. 扩压叶栅弯曲叶片损失计算与分析[D]. 许文娟. 哈尔滨工业大学. 2014
[8]. 跨声速压气机应用弯曲叶片的数值研究[D]. 刘军. 大连海事大学. 2016
[9]. 采用叶片弯/掠及附面层抽吸控制扩压叶栅内涡结构的研究[D]. 张华良. 哈尔滨工业大学. 2007
[10]. 大转折角弯曲扩压叶栅旋涡结构PIV研究[D]. 谷君. 哈尔滨工业大学. 2007
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