翼刀控制壓氣機(jī)葉柵二次流的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在壓氣機(jī)葉柵內(nèi)氣流三維流動(dòng)過(guò)程中，二次流的產(chǎn)生和發(fā)展不僅直接影響葉柵中的能量損失和壓氣機(jī)的效率，也影響了壓氣機(jī)的穩(wěn)定性。翼刀技術(shù)以直接影響流道內(nèi)氣流的橫向流動(dòng)和葉展方向流動(dòng)的發(fā)展?fàn)顩r從而在控制二次流方面有著顯著的效果，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)深入的機(jī)理性研究，是探討翼刀技術(shù)控制葉柵二次流損失的方法和機(jī)理不可缺少的基礎(chǔ)。研究的目的不僅是為了獲得對(duì)二次流旋渦模型實(shí)際結(jié)構(gòu)的完整描述，更重要的是闡述各種渦系和各種損失產(chǎn)生的機(jī)理，為降低損失、改善葉柵氣動(dòng)性能

2、提供依據(jù)。 本文在低速大尺度風(fēng)洞上實(shí)驗(yàn)研究了安裝不同參數(shù)(翼刀長(zhǎng)度，翼刀高度，軸向位置和周向位置)的端壁翼刀和吸力面翼刀(翼刀長(zhǎng)度，軸向位置和周向位置)的平面壓氣機(jī)葉柵中的流動(dòng)，實(shí)驗(yàn)葉柵由CDA(可控?cái)U(kuò)散葉型)葉片組成。在設(shè)計(jì)沖角情況下，采用五孔探針詳細(xì)測(cè)量了葉柵流場(chǎng)，并采用墨跡顯示方法作了流場(chǎng)顯示。研究了翼刀長(zhǎng)度、高度及周向或葉展方向位置對(duì)葉柵內(nèi)二次流的影響；分析了安裝端壁翼刀后葉柵壁面和橫截面上流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得出了常規(guī)葉柵

3、和安裝翼刀后葉柵的旋渦結(jié)構(gòu)。同時(shí)也分析了不同沖角下端壁翼刀和吸力面翼刀對(duì)壓氣機(jī)葉柵內(nèi)二次流的影響情況，得到了沖角變化時(shí)最佳翼刀位置的變化規(guī)律。 在端壁翼刀的各項(xiàng)參數(shù)之中，周向位置對(duì)葉柵的影響最大，葉柵總損失隨翼刀的周向位置變化而改變，葉柵總損失降低的最佳周向位置是翼刀距離葉片吸力面70％節(jié)距，葉柵總損失與常規(guī)葉柵相比降低了9～14％，降低的幅度與軸向位置、翼刀長(zhǎng)度、高度均有關(guān)，但最佳周向位置不隨翼刀的高度改變而改變。在最佳周向位

4、置安裝翼刀的葉柵，可以使常規(guī)葉柵原來(lái)的吸力面/端壁角區(qū)的一個(gè)高損失區(qū)“分解”為兩個(gè)損失區(qū)域，將原來(lái)吸力面/端壁角區(qū)的一部分損失“轉(zhuǎn)移”到翼刀的安裝位置，從而使葉柵吸力面/端壁角區(qū)的流動(dòng)得到了一定程度的改善，這對(duì)于控制壓氣機(jī)中的角區(qū)分離現(xiàn)象是比較有利的，并且這種“轉(zhuǎn)移”的趨勢(shì)隨著翼刀高度的增加而增大。隨著翼刀高度的增加，葉柵總損失降低的程度呈減小趨勢(shì)。在最佳周向位置安裝翼刀后的壓氣機(jī)葉柵在一定的沖角范圍內(nèi)(-9°～+6°)的總損失值均比常

5、規(guī)葉柵的低。也就是說(shuō)，安裝翼刀的葉柵具有良好的變沖角特性。 流場(chǎng)顯示和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析表明，對(duì)于安裝端壁翼刀的葉柵來(lái)說(shuō)，其壁面流譜中共有結(jié)點(diǎn)19個(gè)，鞍點(diǎn)21個(gè)。在5％軸向弦長(zhǎng)處的橫截面上共有結(jié)點(diǎn)12個(gè)，半鞍點(diǎn)22個(gè)；在49％軸向弦長(zhǎng)處的橫截面上共有結(jié)點(diǎn)12個(gè)，半鞍點(diǎn)20個(gè)，鞍點(diǎn)1個(gè)；在93％軸向弦長(zhǎng)處的橫截面上共有結(jié)點(diǎn)10個(gè)，半鞍點(diǎn)16個(gè)，鞍點(diǎn)1個(gè)，奇點(diǎn)數(shù)量和位置的變化體現(xiàn)了渦系結(jié)構(gòu)的演變。氣流在繞流翼刀前緣凸凹兩側(cè)時(shí)分成兩個(gè)分支，

6、翼刀前緣凸起側(cè)分支在流道內(nèi)橫向壓力梯度的作用下靠近并越過(guò)翼刀頂部，由于翼刀兩側(cè)的壓差與流道內(nèi)橫向壓力梯度方向相反，氣流卷曲形成比較弱的翼刀渦Vf；翼刀凹側(cè)的分支隨著端壁附面層的橫向流動(dòng)逐漸耗散后沿流向進(jìn)入通道渦。馬蹄渦的壓力面分支跨越翼刀同樣由于翼道兩側(cè)的壓差被減弱后進(jìn)入通道渦，而比較弱的翼刀渦Vf在這一過(guò)程中得到了加強(qiáng)。由于流道內(nèi)橫向壓力梯度的降低，通道渦的強(qiáng)度被減弱。馬蹄渦的吸力面分支爬上吸力面的起始位置向下游推移，沿葉高向葉片中部

7、流動(dòng)的范圍減少，吸力面壁面脫落渦Vxlm位置向下游和端壁靠攏，進(jìn)而吸力面/端壁角區(qū)的流動(dòng)得到了改善。 吸力面翼刀的存在，阻斷了端壁附面層向葉片吸力面/端壁角區(qū)流動(dòng)后沿葉片吸力面的葉展方向流動(dòng)，有效地控制了通道渦對(duì)葉片吸力面上的附面層的卷吸。通過(guò)流動(dòng)顯示結(jié)果和出口截面測(cè)量結(jié)果分析，安裝吸力面翼刀后，在翼刀上下兩側(cè)形成了一對(duì)旋渦，翼刀下部的旋渦減小了葉柵前緣馬蹄渦的吸力面分支沿吸力面向上爬升的范圍，從而減弱了吸力面壁面渦，吸力面上的