低壓渦輪葉柵流動(dòng)分離控制及其機(jī)理研究.pdf

1、 國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)： TK83 學(xué)校代碼： 10213 國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621 密級(jí)：公開(kāi) 工學(xué)博士學(xué)位論文 工學(xué)博士學(xué)位論文 低壓渦輪葉柵流動(dòng)分離控制及機(jī)理研究 博 士 研 究 生 ：李超 導(dǎo) 師 ：王慶超 教授 副 導(dǎo) 師 ：顏培剛 教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位 ：工學(xué)博士 學(xué) 科 ：動(dòng)力機(jī)械及工程 所 在 單 位 ：能源科學(xué)與工程學(xué)院 答 辯 日 期 ：2017 年 6 月 授予學(xué)位單位 ：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 - I - 摘

2、要 高空無(wú)人機(jī)是偵察衛(wèi)星的重要補(bǔ)充和增強(qiáng)手段，能夠持續(xù)戰(zhàn)略偵察，獲取戰(zhàn)略情報(bào)，對(duì)信息化作戰(zhàn)具有重要作用，受到各國(guó)高度重視，被美國(guó)空軍列為 21 世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)在高空巡航時(shí)，由于大氣密度的下降，發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪運(yùn)行雷諾數(shù)會(huì)降低到 0.25 105 以下，葉片表面大部分呈現(xiàn)層流狀態(tài)，容易導(dǎo)致葉片吸力面邊界層發(fā)生分離，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。為了減小發(fā)動(dòng)機(jī)制造和運(yùn)行成本，提高推重比，低壓渦輪葉片負(fù)荷不斷提高，同時(shí)使邊界

3、層分離和端壁二次流流動(dòng)惡化，控制邊界層流動(dòng)分離，研究流動(dòng)控制機(jī)理，對(duì)提高低壓渦輪性能具有重要意義。 為了控制低壓渦輪葉柵流動(dòng)分離，減小損失，研究了增加尾緣厚度（IT）和尾緣偏斜（DT）兩種被動(dòng)控制方式對(duì)低壓渦輪葉柵損失、氣流折轉(zhuǎn)角的影響，揭示了其流動(dòng)控制機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)增加尾緣厚度和尾緣偏斜都能增大氣流折轉(zhuǎn)角，但僅能在低雷諾數(shù)條件下減小葉柵損失。增加尾緣厚度和尾緣偏斜減小了每一級(jí)的質(zhì)量流量，增加?xùn)啪?，保持主流質(zhì)量流量不變，增加尾緣厚度和尾

4、緣偏斜同樣可以減小葉柵損失，增加氣流折轉(zhuǎn)角。增加尾緣厚度和尾緣偏斜一方面使主流發(fā)生偏斜， 加速了吸力面邊界層流動(dòng)， 抑制流動(dòng)分離，減小了吸力面湍動(dòng)能；另一方面增強(qiáng)了流動(dòng)摻混，增加尾緣厚度和尾緣偏斜對(duì)損失的影響是兩方面綜合的結(jié)果。 考慮到被動(dòng)控制在高雷諾數(shù)時(shí)會(huì)增加損失，研究和對(duì)比了尾緣射流和渦流發(fā)生器（VGJs）兩種主動(dòng)控制對(duì)低壓渦輪葉柵的影響，發(fā)現(xiàn)渦流發(fā)生器可以用比尾緣射流更少的射流流量控制邊界層流動(dòng)分離，但 VGJs 促使轉(zhuǎn)捩提前發(fā)生

5、，增加了吸力面高湍動(dòng)能區(qū)域面積。為此，將主被動(dòng)控制結(jié)合，研究了 VGJs 分別和襟翼（VGJs-GT） 、尾緣偏斜結(jié)合（VGJs-DT）控制邊界層流動(dòng)分離，揭示了其流動(dòng)控制機(jī)理，對(duì)比了兩者對(duì)葉型損失和流動(dòng)的影響，研究發(fā)現(xiàn) VGJs-GT 和 VGJs-DT 都能進(jìn)一步減小渦流發(fā)生器葉柵損失，增加氣流折轉(zhuǎn)角，與單獨(dú)使用 VGJs 相比，VGJs-DT 和 VGJs-GT 能用更少的射流流量控制流動(dòng)分離。 為了提高低壓渦輪葉柵負(fù)荷， 減小了