擴(kuò)壓葉柵采用彎葉片控制流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與改善氣動(dòng)性能的研究.pdf

1、壓氣機(jī)葉柵三維流動(dòng)中，分離流和二次流不僅直接影響著葉柵內(nèi)的損失分布，也影響著壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。很多研究表明彎葉片技術(shù)對(duì)改善柵內(nèi)分離流和二次流動(dòng)損失有較好的效果。盡管已有成功的研究成果和應(yīng)用實(shí)例，但是對(duì)彎葉片如何改善壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能，如何影響壓氣機(jī)的三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，如何影響損失的機(jī)理仍然缺乏全面深刻的認(rèn)識(shí)，因此仍有必要進(jìn)行更加全面、深入的研究。
　　以往的壓氣機(jī)彎葉片研究大多是為了獲得某種設(shè)計(jì)要求，而對(duì)已成型的壓氣機(jī)葉柵進(jìn)行彎曲設(shè)

2、計(jì)，所以能得到較好的設(shè)計(jì)效果，但其幾何參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)變化有限，很難全面了解彎葉片的作用，所以這樣的研究成果是有局限性的。為此本文對(duì)具有不同彎角、葉型轉(zhuǎn)角、稠度、展弦比以及不同進(jìn)口附面層和來(lái)流馬赫數(shù)的壓氣機(jī)靜葉柵方案進(jìn)行了數(shù)值研究，經(jīng)過(guò)研究得出關(guān)于彎葉片在壓氣機(jī)中的一些適用條件和作用機(jī)理。
　　本文對(duì)設(shè)計(jì)沖角下，對(duì)具有不同彎角、葉型幾何轉(zhuǎn)角、稠度、展弦比以及不同進(jìn)口附面層和來(lái)流馬赫數(shù)的亞音速壓氣機(jī)靜葉柵方案進(jìn)行了數(shù)值研究。對(duì)直葉柵和

3、彎葉柵的對(duì)比分析表明，彎葉片有增加徑向二次流和減少橫向二次流的作用，這兩種作用均可減少葉柵的端區(qū)損失，但也增加了中徑損失。不過(guò)這兩種作用的強(qiáng)弱依賴于彎角、葉型幾何轉(zhuǎn)角、稠度或展弦比等幾何參數(shù)的大小，也依賴于進(jìn)口附面層的特征和來(lái)流馬赫數(shù)的大小?？梢哉f(shuō)，在亞音速壓氣機(jī)中，彎葉片葉柵只能在滿足某些特定的幾何和氣動(dòng)的條件下才能起到改善葉柵性能的作用。
　　基于對(duì)平面葉柵彎葉片作用的認(rèn)識(shí)，本文以39.5°轉(zhuǎn)角環(huán)形葉柵作為研究對(duì)象，對(duì)其零沖角

4、和正沖角的直、彎葉柵的沖角特性進(jìn)行了對(duì)比分析。分析表明由于彎葉片有效的控制了因正沖角引起的分離流，沖角特性有了明顯的改善，如彎葉片柵最低損失沖角增加，同時(shí)小流量范圍也增加，具體表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)沖角由直葉片時(shí)的-5°增加到了彎葉片時(shí)的0°；且工況特性線的穩(wěn)定邊界向左偏移，“臨界沖角”由直葉片時(shí)的11°增加到彎葉片時(shí)的16°。流向渦渦核位置、二次流動(dòng)能、渦量等參數(shù)都受彎葉片的影響發(fā)生變化，而且隨沖角的增加，其變化更為明顯。因此若將葉柵流向渦的渦

5、運(yùn)動(dòng)與葉柵氣動(dòng)性能相聯(lián)系的話，很明顯彎葉片在大沖角下的作用是更顯著的。
　　和亞音速葉柵中彎葉片作用相比，超跨音速葉柵中激波和激波/附面層的相互干擾的存在使得葉柵流場(chǎng)性能發(fā)生較大變化，因而彎葉片的作用機(jī)理也更為復(fù)雜。對(duì)超跨音速?gòu)澣~片的研究表明，在高亞音速時(shí)正彎葉片總損失降低，而在超音速時(shí)反彎葉片總損失降低。分析表明彎葉片降低了激波強(qiáng)度和與激波相關(guān)的損失。本文著重分析了高亞音速條件下正彎葉片在不同展弦比、稠度和葉型幾何轉(zhuǎn)角的葉柵中對(duì)

6、葉柵氣動(dòng)性能的影響，給出了正彎葉片改善跨音速葉柵性能的作用機(jī)理及其適用條件；簡(jiǎn)要分析超音速條件下了反彎葉片對(duì)超跨音速葉柵性能的影響和作用機(jī)理。
　　不失一般性，以某直葉片柵和彎葉片柵為例，通過(guò)對(duì)擬S1流面、擬S2流面和二次流分析曲面以及固體壁面的流場(chǎng)顯示和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比分析，給出了兩種葉柵的三維分離結(jié)構(gòu)和渦系結(jié)構(gòu)。分析表明彎葉片前緣鞍點(diǎn)向壓力面一側(cè)偏移，使吸力面的前緣附近出現(xiàn)小范圍分離泡，同時(shí)吸力面角區(qū)分離推遲。在端壁上角區(qū)分離結(jié)