壓氣機(jī)作為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,其性能的高低對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生重要的影響。在實(shí)際工作中,其進(jìn)口流場常常是不均勻的,導(dǎo)致靜葉吸力面-輪轂角區(qū)分離加劇,流動(dòng)損失增加,進(jìn)而影響整臺發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作,因此,提高不均勻進(jìn)口條件下壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能已成為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展研究的重要部分。翼刀屬于附面層隔離裝置,能夠阻斷低能流體的遷移,提高吸力面-輪轂角區(qū)抵抗分離的能力,國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),其對降低流場損失起積極作用。非均勻進(jìn)口會(huì)加劇靜葉流道內(nèi)低能流體的遷移,造成流場損失增加,這種流場特點(diǎn)有利于翼刀技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮,考慮實(shí)際氣流流動(dòng)的三維特性,研究基于扇形葉柵。本文以課題組扇形葉柵實(shí)驗(yàn)件為研究對象,采用數(shù)值模擬的方法就翼刀技術(shù)對非均勻進(jìn)口條件下靜葉流場的影響進(jìn)行研究。首先通過旋轉(zhuǎn)個(gè)別導(dǎo)葉以制造靜葉進(jìn)口的不均勻流場并將受不均勻進(jìn)口條件影響的靜葉流道確定為翼刀技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)流道。然后在其靜葉吸力面加裝4種葉高位置和2種翼刀高度的吸力面翼刀、在其輪轂表面加裝6種周向位置的端壁翼刀,通過對目標(biāo)流道總壓損失系數(shù)、靜葉出口 S3流面參數(shù)及吸力面極限流線進(jìn)行分析,探討翼刀對流場的作用效果及影響規(guī)律。為保證計(jì)算效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性,實(shí)驗(yàn)件采用全結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方式,并對翼刀附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。結(jié)果表明,在亞聲速來流條件下,翼刀技術(shù)能夠有效降低受不均勻進(jìn)口條件影響的靜葉流道流場損失,最佳翼刀方案為位于輪轂表面且距壓力面15%節(jié)距位置的端壁翼刀方案,其能夠?qū)⒛繕?biāo)流道的流場損失降低20.3%。吸力面翼刀由于與吸力面-輪轂角區(qū)低能流體發(fā)生較強(qiáng)相互作用衍生出復(fù)雜漩渦結(jié)構(gòu)加大了角區(qū)損失,對降低流場損失的作用效果不大。各翼刀方案對低能流體遷移的阻滯作用均較為明顯。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V235.1
【部分圖文】：

測量等特點(diǎn)不利于實(shí)驗(yàn)的開展；相比于以上兩種實(shí)驗(yàn)方法，扇形葉柵風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)具??有實(shí)驗(yàn)成本低、流場易于測量、能夠較為準(zhǔn)確還原氣流在壓氣機(jī)中的實(shí)際流動(dòng)狀??態(tài)等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于葉柵風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，如圖１．２。??１?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?１１??．．．．．．．．ｔｔｉｌ—．？．．．．．．．．—??１風(fēng)機(jī)；２風(fēng)管；３整流網(wǎng)；４整流柵；５圓筒體；６溫度計(jì)；７總壓探針：８扇形導(dǎo)葉；??９探針坐標(biāo)架；１０五孔探針；１１試驗(yàn)葉柵：??圖１．２某扇形葉柵風(fēng)洞示意圖??Ｆｉｇｌ．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｓｅｃｔｏｒｉａｌ?Ｃａｓｃａｄｅ?ｗｉｎｄ?ｔｕｎｎｅｌ??為提高風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)效率，通常對所研究的問題在實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行數(shù)值模擬分析，??本文應(yīng)用定常ＣＦＤ手段在扇形靜葉柵進(jìn)口存在周向總壓畸變條件下，翼刀技術(shù)對??靜葉流場的影響，尤其是對靜葉端壁角區(qū)分離的影響進(jìn)行研究。具體為分別構(gòu)造??吸力面及端壁翼刀并將其放入受不均勻進(jìn)口條件影響的靜葉流道中，研究其對靜??－３－??

發(fā)現(xiàn)在低負(fù)荷工況下，轉(zhuǎn)子動(dòng)葉吸力面－輪轂角區(qū)發(fā)生流動(dòng)分離，即角區(qū)分離，沿??徑向位置約占２５％。高負(fù)荷工況時(shí)，角區(qū)分離范圍增加至葉片吸力面全葉高，如??圖１．３，同時(shí)動(dòng)葉尾跡中的徑向流動(dòng)急劇增加，把附面層分離的低能流體向葉尖輸??運(yùn)，使得動(dòng)葉出口尾跡的寬度和葉尖損失增大，導(dǎo)致壓氣機(jī)性能惡化。Ｊｏｓｌｙｎ［２Ｑ］??等隨后將該單轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺改裝為兩級并對第二級靜葉角區(qū)分離對壓氣機(jī)氣動(dòng)性能??的影響進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)在三種流量工況下即大流量、設(shè)計(jì)流量和近失速工況下均??存在角區(qū)分離，且隨著流量降低，第二級靜子葉片輪轂角區(qū)分離程度増強(qiáng)，造成??－４－??

流動(dòng)損失顯著增加。８也１＾『２１］等通過壓氣機(jī)環(huán)形葉柵實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)葉柵吸力面－輪轂角??區(qū)出現(xiàn)明顯的三維分離，認(rèn)為分離是由于通道渦向吸力面卷吸輪轂周圍的低能流??體造成的，且隨著攻角的增加，分離區(qū)的范圍顯著增大，如圖１．４所示。??－夢，，＃??’嘗，慮纖??－?Ｍ．２?ｄ＊ｇ?霣?ｉ７?名（ｋ句??圖１．４不同進(jìn)氣角下環(huán)形葉柵的流動(dòng)顯示結(jié)果［２１１??Ｆｉｇｌ．４?Ｆｌｏｗ?ｄｉｓｐｌａｙ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ａｎｎｕｌａｒ?ｃａｓｃａｄｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｔａｋｅ?ａｎｇｌｅｓ１２１１??在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)里，由于上游轉(zhuǎn)子尾跡的作用，靜葉柵進(jìn)口周向不均勻。??Ｓｃｈｕｌｚ％等采用在環(huán)形葉柵實(shí)驗(yàn)臺靜子前面安裝旋轉(zhuǎn)金屬條的方式模擬轉(zhuǎn)子尾跡，??并探究了環(huán)形葉柵前有無轉(zhuǎn)子尾跡對葉柵角區(qū)分離的作用。結(jié)果表明，尾跡增加??了來流的湍流度，減小了角區(qū)分離的影響范圍，使得流道堵塞程度得到緩解，如??圖１．５所示，當(dāng)存在轉(zhuǎn)子尾跡時(shí)，葉柵表面層流分離泡基本消失，角區(qū)分離范圍也??有所減小。??ＬＥ??ＴＫ?????盡??圖１．５葉片吸力面油流結(jié)果（左：不帶轉(zhuǎn)子；右：帶轉(zhuǎn)子）問??Ｆｉｇｌ?．５?Ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｏｉｌ?ｆｌｏｗ?ｏｎ?ｓｕｃｔｉｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ＾??除了采用實(shí)驗(yàn)手段對角區(qū)分離機(jī)理進(jìn)行研究
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2858080