發(fā)布時(shí)間：2017-12-26 09:42

  本文關(guān)鍵詞：軸流壓氣機(jī)周向槽機(jī)匣處理對(duì)動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為一種有效的軸流壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定性調(diào)控手段,周向槽機(jī)匣處理一直以來受到廣泛關(guān)注。在影響周向槽擴(kuò)穩(wěn)效果的諸多因素中,槽的軸向位置起著至關(guān)重要的作用,因?yàn)樗c動(dòng)葉端區(qū)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。近年來的單槽研究表明,在一些壓氣機(jī)中單槽擴(kuò)穩(wěn)效果隨軸向位置的變化趨勢(shì)存在兩處峰值,而處在這兩處峰值之間的軸向位置范圍內(nèi)的單槽卻幾乎沒有擴(kuò)穩(wěn)效果。鑒于數(shù)值模擬無法準(zhǔn)確捕捉該現(xiàn)象,本文以實(shí)驗(yàn)研究為手段,將周向單槽作為主要研究對(duì)象,選取了典型軸向位置的單槽開展了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量與分析。首先研究了不同軸向位置處單槽失速過程的差異,其中當(dāng)單槽位于上述無擴(kuò)穩(wěn)效果位置時(shí)失速先兆的周向尺度較長(zhǎng),這與光壁及其他位置單槽典型的突尖型失速過程有明顯不同。接下來對(duì)光壁及各單槽的動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量和分析,展現(xiàn)了單槽處理時(shí)端區(qū)流動(dòng)的變化。為了分析造成這些變化的根本原因,本文進(jìn)一步通過一種特殊的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了周向槽與通道交界面(本文稱為開口面)處的速度測(cè)量,并由此分析了各單槽的不同作用機(jī)理,這方面的實(shí)驗(yàn)研究在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均未見報(bào)道。最后,通過對(duì)雙槽結(jié)構(gòu)的討論,將本文圍繞周向槽作用機(jī)理的研究與實(shí)際的多槽應(yīng)用聯(lián)系起來。本文的具體研究?jī)?nèi)容包括：1.周向單槽處理時(shí)失速過程的實(shí)驗(yàn)研究根據(jù)穩(wěn)態(tài)測(cè)量得到的周向單槽擴(kuò)穩(wěn)效果隨軸向位置的變化趨勢(shì),選取了兩個(gè)典型位置處的單槽,分別為位于兩擴(kuò)穩(wěn)峰值之間但卻無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5及動(dòng)葉中部擴(kuò)穩(wěn)峰值處的CG7,討論了其相應(yīng)的失速過程。在機(jī)匣壁面沿動(dòng)葉弦向及周向的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光壁機(jī)匣和單槽CG7均為典型突尖型失速先兆；單槽CG5則使得失速先兆表現(xiàn)出周向長(zhǎng)尺度特征,這與突尖型失速先兆的典型特征并不一致。以上的研究展現(xiàn)了CG5使得失速過程出現(xiàn)的新特征,也表明這兩個(gè)單槽對(duì)端區(qū)流動(dòng)產(chǎn)生了不同影響。2.周向單槽對(duì)動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)影響作用及單槽開口面流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究基于對(duì)失速過程的研究,圍繞以上兩個(gè)單槽開展了詳細(xì)的流動(dòng)分析。動(dòng)葉端區(qū)的流動(dòng)測(cè)量結(jié)果表明無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5使近失速工況時(shí)葉頂泄漏流由機(jī)匣壁面向動(dòng)葉通道內(nèi)移動(dòng)并增強(qiáng),在端區(qū)占據(jù)了更大范圍；擴(kuò)穩(wěn)效果較好的CG7則對(duì)葉頂泄漏流產(chǎn)生了抑制作用,使其仍貼近于機(jī)匣壁面。由此則可以看出這兩個(gè)單槽對(duì)端區(qū)流動(dòng)產(chǎn)生了不同的影響。在端區(qū)流動(dòng)研究基礎(chǔ)上,針對(duì)相應(yīng)的單槽作用機(jī)理,進(jìn)一步圍繞單槽與動(dòng)葉通道交界面(本文稱之為開口面)處及槽內(nèi)的流動(dòng)開展了實(shí)驗(yàn)研究。為此本文設(shè)計(jì)了使用熱線探針的動(dòng)態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理方法來實(shí)現(xiàn)開口面以及槽內(nèi)流動(dòng)速度絕對(duì)值的測(cè)量。所得到的結(jié)果反映出CG7開口面處單槽與通道內(nèi)流動(dòng)之間的相互作用相比無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5更強(qiáng),而這種相互作用則由開口面向CG7槽內(nèi)呈衰減趨勢(shì)。這方面的工作從實(shí)驗(yàn)角度對(duì)開口面流動(dòng)速度進(jìn)行了初步討論,在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中還未見報(bào)道,同時(shí)也在一定程度上驗(yàn)證了上述相互作用與擴(kuò)穩(wěn)效果之間的關(guān)聯(lián)。3.周向單槽作用機(jī)理的分析根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)一步討論了單槽CG5和CG7的作用機(jī)理及兩者之間存在較大差異的原因。針對(duì)開口面流動(dòng),通過鎖相平均處理反映出CG5開口面相比于CG7出現(xiàn)一處新的擾動(dòng)較強(qiáng)的速度峰值并逐漸主導(dǎo)了開口面流動(dòng),本文根據(jù)相應(yīng)分析認(rèn)為這反映出CG5產(chǎn)生了使部分葉頂泄漏流進(jìn)入槽內(nèi)并增強(qiáng)的作用,導(dǎo)致端區(qū)更易發(fā)生堵塞并形成尺度較長(zhǎng)的失速先兆。與之相比,CG7則抑制了葉頂泄漏流并產(chǎn)生較好擴(kuò)穩(wěn)效果。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的分析及推測(cè)給出了不同軸向位置處單槽的作用機(jī)理存在較大差異的解釋：CG5由于所在位置動(dòng)葉負(fù)載變化及近失速時(shí)葉頂泄漏流軌跡與該槽存在重合趨勢(shì)這兩方面的影響使葉頂泄漏流增強(qiáng)并進(jìn)而產(chǎn)生長(zhǎng)尺度失速先兆,同時(shí)也無擴(kuò)穩(wěn)效果；CG7在這兩方面與CG5存在的差異使葉頂泄漏流軌跡首先到達(dá)下一動(dòng)葉壓力面而并未進(jìn)入槽內(nèi),該單槽產(chǎn)生抑制葉頂泄漏流的作用并具有較好擴(kuò)穩(wěn)效果。4.周向雙槽組合對(duì)動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)影響的探討基于單槽研究,針對(duì)幾乎無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5設(shè)計(jì)了雙槽CG59來討論該槽在雙槽結(jié)構(gòu)中的作用。該雙槽擴(kuò)穩(wěn)效果較明顯,但低于單槽CG9。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明雙槽處理時(shí)失速先兆同樣具有周向長(zhǎng)尺度特征,而CG5開口面也表現(xiàn)出與單槽時(shí)相類似的流動(dòng),由此導(dǎo)致了長(zhǎng)尺度失速先兆形成。雙槽結(jié)構(gòu)中CG9減弱了CG5的上述作用并在轉(zhuǎn)子出口截面明顯抑制了葉頂泄漏流,從而產(chǎn)生了一定擴(kuò)穩(wěn)作用。上述分析表明對(duì)無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5來說在雙槽處理時(shí)其對(duì)端區(qū)流動(dòng)產(chǎn)生的作用與單槽時(shí)類似,在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)避免引入類似軸向位置處的周向槽。綜合上述結(jié)果,本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及意義在于,首先以實(shí)驗(yàn)手段研究了周向槽處理引起的失速先兆的變化,展現(xiàn)了一種既不同于突尖先兆又與傳統(tǒng)意義上模態(tài)先兆有所區(qū)別的長(zhǎng)尺度失速先兆,拓寬了對(duì)周向槽處理時(shí)失速過程的認(rèn)識(shí)。其次,本文對(duì)周向槽開口面流動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量展示了開口面的流動(dòng)特征,在國(guó)內(nèi)外研究中這方面的實(shí)驗(yàn)研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。最后,本文從實(shí)驗(yàn)角度分析了軸向位置變化時(shí)周向槽對(duì)端區(qū)流動(dòng)的作用機(jī)理,揭示了無擴(kuò)穩(wěn)效果的CG5與已有對(duì)周向槽的普遍認(rèn)識(shí)所不同的作用機(jī)理,由此加深了這方面的認(rèn)識(shí),也同時(shí)為校核數(shù)值模擬提供了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH453

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1336766