壓氣機葉柵流動失穩(wěn)機理研究.pdf

1、壓氣機葉柵內(nèi)三維空間分離流動對于壓氣機內(nèi)部損失及壓氣機穩(wěn)定性有著十分重要的影響，從流動本質(zhì)上決定了壓氣機葉柵內(nèi)部流動損失機理和壓氣機失穩(wěn)過程，是長期以來壓氣機氣動力學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的研究方向和研究重點。壓氣機葉柵內(nèi)部的三維分離流動充分體現(xiàn)了逆壓流動條件下，粘性、可壓縮性、非定常性等一系列復(fù)雜的流體固有屬性，角區(qū)失速、葉頂泄漏流動是壓氣機葉柵內(nèi)部最為重要的三維空間分離結(jié)構(gòu)，具有跨通道和非定常屬性，直接影響著壓氣機內(nèi)部的流動損失和壓氣機穩(wěn)定

2、性。
　　本文以壓氣機葉柵角區(qū)失速和葉頂泄漏流動現(xiàn)象為切入點，采用基于SST湍流模型的多通道非定常RANS數(shù)值模擬方法，研究了壓氣機矩形葉柵及壓氣機轉(zhuǎn)子葉柵內(nèi)的三維流動分離現(xiàn)象及失穩(wěn)過程。主要包括以下兩個方面的研究內(nèi)容：
　　首先，以帶葉頂間隙的矩形葉柵內(nèi)部旋渦和分離流動為研究對象，基于多葉柵通道非定常計算模型，研究了正攻角直至正失速攻角情況下，矩形葉柵角區(qū)分離、葉頂泄漏的非定?？缤ǖ姥葑冞^程。數(shù)值模擬結(jié)果表明，正攻角條件下

3、矩形葉柵角區(qū)分離的核心區(qū)域為起始于無間隙的下端壁、吸附于吸力面的穩(wěn)定的“龍卷風(fēng)”型徑向分離結(jié)構(gòu)，隨著攻角的增大角區(qū)分離結(jié)構(gòu)和葉頂泄漏流動的非定常性顯著增強，并出現(xiàn)明顯的跨通道傳播。在近失速攻角情況下，葉柵角區(qū)徑向流動迅速加強，形成貫穿整個葉展的徑向串流，嚴重干擾另一側(cè)的間隙泄漏流動，誘導(dǎo)泄漏渦周期性破碎和恢復(fù)。本文通過研究給出了葉頂間隙存在時，壓氣機多通道矩形葉柵通道內(nèi)三維空間分離結(jié)構(gòu)的非定常演化過程，以及壓氣機葉柵內(nèi)三維分離失穩(wěn)過程的

4、階段性描述和流動特征。
　　其次，在對矩形葉柵研究結(jié)果的分析和認識基礎(chǔ)上，采用整周的非定常數(shù)值模擬手段，研究了壓氣機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)失速過程中葉柵內(nèi)部角區(qū)分離流、葉頂泄漏流等三維分離流動現(xiàn)象及演化過程。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)近失速工況下，壓氣機角區(qū)尾緣附近存在著類似矩形葉柵角區(qū)分離的徑向二次流動，并且隨著出口節(jié)流的加深，角區(qū)徑向流動強度逐漸增強，在抵達葉頂后，其位置表現(xiàn)出明顯的軸向波動和周向傳播。角區(qū)徑向流在波動過程中與葉頂泄漏渦相互干擾，形成二次

5、旋渦結(jié)構(gòu)，使得葉頂堵塞加劇，促使前緣溢流現(xiàn)象發(fā)生。徑向流波動的周向傳播會導(dǎo)致葉頂堵塞和前緣溢流周向運動，隨著波動的加劇，前緣溢流的程度增強，發(fā)生前緣溢流的葉片數(shù)目增加，最終在葉尖位置處發(fā)生流動失穩(wěn)。
　　基于本文的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正攻角條件下，無論是帶葉頂間隙的矩形葉柵還是壓氣機轉(zhuǎn)子葉柵的通道內(nèi)，都存在著起始于吸力面尾緣附近下端壁，沿徑向遷移的低能流體，低能流體在近失穩(wěn)狀態(tài)下會發(fā)展至葉頂對葉頂泄漏渦產(chǎn)生干擾。這種擾動在矩形葉柵和轉(zhuǎn)