發(fā)布時間：2020-07-24 20:54

【摘要】：隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機發(fā)展,對壓氣機效率與負荷提出了更高的要求。但負荷的提高帶來了更大尺度的分離與損失,反過來制約著壓氣機性能。壓氣機動葉根部常常處于復雜的流動狀況內(nèi),且根部區(qū)域處于分離起點位置,低能流體堆積嚴重,損失較大。采用被動流動控制技術(shù)-葉表凹坑,可以有效改善根部附近葉型損失,抑制附面層發(fā)展。本文以DMU37動葉根部葉型為研究對象,利用實驗校核CFD方法研究了不同來流沖角與馬赫數(shù)下原始葉柵的流動特性,并分析了損失產(chǎn)生機理。首先,對數(shù)值方法進行實驗校核,驗證了數(shù)值方法的可靠性。參考已有文獻布置凹坑,分析了凹坑減少損失的機理,發(fā)現(xiàn)凹坑內(nèi)旋渦誘導外部流體進入凹坑內(nèi)增加了外部流體湍動能,附壁流動能力增強,且氣-氣接觸產(chǎn)生“滾動軸承”作用減小了摩擦損失。凹坑增加了葉柵出口端壁附近損失,但出口部分葉高的尾跡損失明顯降低,且出口截面總損失降低。其后根據(jù)相關(guān)凹坑位置變工況計算確定計算工況,對凹坑相關(guān)參數(shù)進行改變,包括凹坑位置、凹坑深度、凹坑深徑比等等。分析凹坑幾何參數(shù)改變對葉柵損失特性的影響,發(fā)現(xiàn)當凹坑幾何參數(shù)改變時,凹坑內(nèi)旋渦渦核位置發(fā)生改變,改變了凹坑下游流動狀況。通過分析出口截面損失特性,確定了凹坑最佳位置為75%～100%弦長處,凹坑最佳深度為0.2mm,凹坑深徑比為1/4。最后對原始葉柵與凹坑葉柵進行了變工況分析,變工況包括來流沖角與來流馬赫數(shù)。通過分析變工況下葉表極限流線與出口截面損失特性,發(fā)現(xiàn)凹坑僅在部分沖角下降低了葉柵出口截面總損失,所有計算馬赫數(shù)下截面總損失均降低�？偨Y(jié)變工況下凹坑葉柵損失特性,證明了凹坑減阻技術(shù)的應用價值。
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V231
【圖文】：

（ａ）泄漏渦產(chǎn)生機理邐（ｂ）尾跡影響泄漏渦的發(fā)展逡逑圖１．１泄漏渦產(chǎn)生機理與尾跡影響泄漏渦發(fā)展示意圖［１３］逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｌｅａｋａｇｅ邋ｖｏｒｔｅｘ邋ａｎｄ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ邋ｏｆ邋Ｗａｋｅ邋ｏｎ邋ｌｅａｋａｇｅ逡逑ｖｏｒｔｅｘ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＾１＇＾逡逑與國外相比，國內(nèi)關(guān)于泄漏渦的研宄與認識起步較晚，但目前研宄水平己經(jīng)逡逑追趕上了國外。西工大吳艷輝［￥１６］等人通過數(shù)值與實驗的方法研宄了葉尖泄漏渦逡逑形成與破碎的過程，發(fā)現(xiàn)在近失速工況下葉頂間隙渦出現(xiàn)了泡式破碎，且破碎之逡逑后的泄漏渦與主流等其他流體混合，形成了葉尖二次渦。葉尖二次渦的形成與運逡逑動是造成近失速工況點流動非定常性的主要原因。王如根［１７］、于宏軍［１８］等人發(fā)現(xiàn)逡逑泄漏渦在破碎之前產(chǎn)生的位置相對于葉片基本不隨時間變化，且渦核集中，在經(jīng)逡逑歷發(fā)展壯大之后破碎成許多渦量小的渦，并形成低能流體團周向堆積導致流道堵逡逑塞和近失速工況產(chǎn)生，且泄漏渦破碎之后與主流的相互作用成為了泄漏渦產(chǎn)生損逡逑失的主要來源。逡逑（２）徑向渦：壓氣機失穩(wěn)的原因有許多，國內(nèi)外做了許多失穩(wěn)機理的研究［１９＿２４］逡逑和實驗

粘性摩擦的作用，靠近壁面處動能相對于主流有很大損失。在以上兩種因素的作逡逑用下，使得靠近壁面處某點Ｓ處流體停止運動，Ｓ點之后的流體在逆壓梯度的作用逡逑下出現(xiàn)回流現(xiàn)象（如圖１．４所示），這便是附面層分離。附面層分離的出現(xiàn)加劇了逡逑流體流動過程中的粘性損失，為了減少流動過程中產(chǎn)生的粘性損失，研宄者們提逡逑出了包括附面層抽吸在內(nèi)的許多主動控制技術(shù)。逡逑圖１．４附面層分離示意圖逡逑Ｆｉｇｌ邋．４邋Ａ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｏｕｎｄａｒｙ邋ｌａｙｅｒ逡逑附面層抽吸是通過在葉片或端壁相關(guān)位置開設一定形狀的槽或一定數(shù)目的孔逡逑將近壁面低能流體吸除從而減弱或消除附面層分離的控制方法。逡逑６逡逑

制有明顯效果，不同的小翼加裝方式均對葉尖泄漏渦的強度有削弱作用，且影響逡逑了葉尖流場各個渦系之間的相互作用，尤其是吸力面葉尖小翼效果最明顯。［６３＃］逡逑圖１．６裝有翼梢小翼的空中客車Ａ３２０客機和波音７３７客機逡逑Ｆｉｇｌ邋．６邋Ａｉｒｂｕｓ邋Ａ３２０邋ａｎｄ邋Ｂｏｅｉｎｇ邋７３７邋ｗｉｔｈ邋ｗｉｎｇｌｅｔｓ逡逑（２）機匣處理：作為目前葉輪機械領(lǐng)域應用最為廣泛的被動控制技術(shù)，機匣逡逑處理具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、改型方便、擴穩(wěn)效果好、抗進口畸變能力強等優(yōu)逡逑點。目前來說常見的機匣處理方式可以分為槽類機匣處理、縫式機匣處理以及兩逡逑者組合而成的新型結(jié)構(gòu)（如圖１．７所示）。槽類機匣處理是指在保證效率基本保持逡逑不變的情況下沿著機匣周向開槽，使壓氣機失速裕度增加１０％以內(nèi)；縫式機匣處逡逑理又可分為軸向縫、周向傾斜縫與葉片角向縫三類，國內(nèi)外學者做過相關(guān)實驗，逡逑證明在犧牲較大效率損失的情況下，縫式機匣處理結(jié)構(gòu)對于亞音速與跨音速轉(zhuǎn)子逡逑的失速裕度都能有２０％的增幅。［６７＿６８１逡逑＿

本文編號：2769382