分離流動(dòng)是一類(lèi)復(fù)雜的流體流動(dòng)現(xiàn)象,普遍存在于航空、航天、流體機(jī)械等各類(lèi)實(shí)際工程問(wèn)題中,其本質(zhì)源于粘性流動(dòng)和非粘性流動(dòng)的相互作用。閉式流動(dòng)分離和再附伴隨著較大的能量損失,對(duì)流體機(jī)械的性能影響很大,分離結(jié)構(gòu)的控制已經(jīng)成為流體機(jī)械工程中的一個(gè)研究重點(diǎn)。本文圍繞軸流機(jī)械中流動(dòng)分離及其相關(guān)問(wèn)題,從定常的角度討論軸流機(jī)械中角區(qū)分離的產(chǎn)生機(jī)理與控制手段,同時(shí)從非定常的角度通過(guò)一些新的視角研究并尋求流動(dòng)分離控制、降低損失的途徑,以挖掘低速軸流壓氣機(jī)/大型軸流風(fēng)機(jī)中的性能潛力。 通過(guò)三維雷諾時(shí)均N-S(RANS)方程對(duì)軸流葉柵進(jìn)行定常計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,揭示了無(wú)葉頂間隙單流道葉柵中節(jié)點(diǎn)數(shù)和鞍點(diǎn)數(shù)相等的關(guān)系式;通過(guò)分析端壁邊界層中低能流體類(lèi)似于分層的運(yùn)動(dòng),深入說(shuō)明了周向壓力梯度和流向逆壓梯度作用下,端壁邊界層朝吸力面的偏轉(zhuǎn)及其逆流向翻轉(zhuǎn)是角區(qū)三維分離形成的基本原因。研究比較了進(jìn)口有無(wú)邊界層條件下的極限流線、出口總壓損失分布、吸力面尾緣位移厚度以及不同來(lái)流沖角時(shí)的分離尺度和相應(yīng)的流譜結(jié)構(gòu),結(jié)果揭示了端壁邊界層朝角區(qū)的堆積是三維分離的決定性因素。 通過(guò)后置導(dǎo)葉單級(jí)軸流壓氣機(jī)在不同速度剖面來(lái)流條件下的流場(chǎng)計(jì)算,研究了進(jìn)口速度分布對(duì)壓氣機(jī)性能的影響,揭示了速度分布、邊界層厚度等沿流向的變化規(guī)律,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,考察并確認(rèn)了所用計(jì)算方法用于邊界層相關(guān)問(wèn)題計(jì)算的精度。文中在軸流葉柵弦向開(kāi)縫改善吸力面分離的問(wèn)題所作的研究,例如對(duì)回氣點(diǎn)、吸氣點(diǎn)以及開(kāi)縫的位置、高度等參數(shù)進(jìn)行的比較分析,為控制吸力面邊界層堆積、降低分離損失提供了的較好控制手段。針對(duì)端壁低能流體向吸力面的堆積路徑,進(jìn)行了吸力面、端壁定流量抽吸的分析計(jì)算,結(jié)果表明,適當(dāng)位置上很小的抽吸量就可能消除掉大部分明顯的三維分離,其積極作用包括總壓損失和端壁阻塞的顯著降低、葉片載荷和出口靜壓的增加以及更加均勻的出口流動(dòng)。 對(duì)帶有前后導(dǎo)葉和復(fù)雜形狀進(jìn)氣箱的大型燃煤電站用軸流引風(fēng)機(jī)進(jìn)行的全三維數(shù)值計(jì)算與分析表明,進(jìn)氣箱中復(fù)雜的幾何形狀和軸套結(jié)構(gòu)增大了流動(dòng)的不穩(wěn)定性和損失,并引起了下游流動(dòng)的周向不均勻性。文中對(duì)比了不同的預(yù)旋方案對(duì)做功能力以及損失的影響。提出并嘗試了串列葉片及其后葉片周向調(diào)節(jié)替代動(dòng)葉可調(diào)開(kāi)度調(diào)節(jié)的方案,結(jié)果表明,在遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)流量工況下,雖然壓升有所下降,但增強(qiáng)了運(yùn)行穩(wěn)定性和提高了效率,為進(jìn)一步地研究提供了有價(jià)值的初步效果。 采用大渦模擬方法對(duì)前緣分離擬序結(jié)構(gòu)的問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出并探索通過(guò)合理的來(lái)流周期性作用來(lái)控制分離區(qū)域的大小。文中通過(guò)分析傾斜平板前緣自由剪切層的演變過(guò)程,研究并比較了三種可視化形式在帶壁面自由剪切層中的不同表現(xiàn),發(fā)現(xiàn)Q準(zhǔn)則更適合顯示來(lái)流擾動(dòng)作用下的擬序結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間的演變過(guò)程。論文從時(shí)均性能、擬序結(jié)構(gòu)以及非定常頻譜等方面描述了不同頻率、不同振蕩幅度以及不同進(jìn)口速度剖面的周期性來(lái)流條件對(duì)前緣分離結(jié)構(gòu)的控制效果。 為挖掘軸流壓氣機(jī)中的非定常潛力,文中研究了上游葉排的非定常尾跡對(duì)下游葉排中分離結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。二維計(jì)算發(fā)現(xiàn),合理的激勵(lì)參數(shù)加大了葉柵內(nèi)部氣流轉(zhuǎn)折程度,柵后氣流流向更趨合理。合理的非定常激勵(lì)可以促進(jìn)流動(dòng)中雜渦之間的歸并,從而有效地控制分離流由無(wú)序變?yōu)橛行?且文中從流場(chǎng)進(jìn)化、降噪的角度作了分析與設(shè)想。在三維計(jì)算中對(duì)比了尾跡生成器朝兩個(gè)不同方向運(yùn)動(dòng)的作用效果。不同頻率的研究表明,對(duì)應(yīng)于f_(shed)和f_(shear)的外部頻率強(qiáng)化了分離剪切層中的K-H展向渦結(jié)構(gòu),并且流向渦與流向的夾角更加明顯,其它頻率作用下該結(jié)構(gòu)并不明顯。最后,研究了進(jìn)口隨機(jī)小尺度脈動(dòng)條件下的分離擬序結(jié)構(gòu)以及時(shí)均性能的改善。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類(lèi)】：TH45
【部分圖文】：

展中鞍欺結(jié)點(diǎn)分離線………………………… {{{……渺渺啼啼緣線圖2一3吸力面極限流線:實(shí)驗(yàn)值沙’l和計(jì)算值(下圖)圖2一3中顯示了CFD計(jì)算結(jié)果與表面絨毛可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，分離線(極限流

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文圖2一2計(jì)算域與網(wǎng)格圖2.4葉柵角區(qū)分離的形成與特征2.4.1計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比尾緣線展中鞍欺結(jié)點(diǎn)分離線………………………… {{{……渺渺啼啼緣線圖2一3吸力面極限流線:實(shí)驗(yàn)值沙’l和計(jì)算值(下圖)圖2一3中顯示了CFD計(jì)算結(jié)果與表面絨毛可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，分離線(極限流

一一+一 0.30sPannn對(duì)CX圖2一4不同展向處型面壓力系數(shù)分布圖2一4給出了不同展向位置處吸力面和壓力面上的靜壓系數(shù)分布。壓力面分布基本一致，表明其流動(dòng)結(jié)構(gòu)比較順暢，邊界層自由發(fā)展，無(wú)端壁低能流體沿展向的堆積產(chǎn)生。吸力面上的分布差別明顯，在7.5%翼展高度位置，吸力面后半段的靜壓系數(shù)出現(xiàn)明顯的水平分布，這是流動(dòng)分離的標(biāo)識(shí)，這和圖2一3所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所反映的情形是一致的。更高的展向位置，吸力面系數(shù)分布逐漸變得單調(diào)遞增并無(wú)回流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。2.4.2表面奇點(diǎn)和拓?fù)湟?guī)貝lJ的應(yīng)用圖2一5為吸力面和端壁上的極限流線，可以看到，端壁邊界層被前緣線切割成前緣馬蹄渦兩支，其出現(xiàn)伴隨著前緣線分離結(jié)構(gòu)的鞍點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)(Sl

【參考文獻(xiàn)】

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1 侯安平,姜正禮,凌代軍,周盛;亞音壓氣機(jī)平面葉柵內(nèi)流動(dòng)的聲激勵(lì)試驗(yàn)研究[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

2 侯安平,熊勁松,周盛;軸流壓氣機(jī)尾流撞擊效應(yīng)機(jī)理的數(shù)值模擬[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2005年09期

3 彭紅文;火力發(fā)電廠600MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)選型經(jīng)濟(jì)性分析[J];電站輔機(jī);1998年03期

4 馬良玉,段巍,安連鎖,王松嶺;大型動(dòng)(靜)葉調(diào)節(jié)軸流通風(fēng)機(jī)性能在線監(jiān)測(cè)的一種新方法[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2000年05期

5 吳躍東,李泰勛;軸流通風(fēng)機(jī)做為引風(fēng)機(jī)時(shí)各方面的分析比較[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);1998年02期

6 楊朝剛;300MW/600MW鍋爐引風(fēng)機(jī)的優(yōu)化型式[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);1999年02期

7 張志剛,朱鴻,李燕生;壓氣機(jī)弦向割縫葉柵流場(chǎng)計(jì)算及試驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1989年02期

8 汪慶桓,王寧,喻達(dá)之,湯育紅;軸流通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的實(shí)驗(yàn)與預(yù)測(cè)[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1999年01期

9 魏兵海,謝軍龍,吳克啟;葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)與影響性能及內(nèi)流的若干重要問(wèn)題[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2001年02期

10 陳浮,宋彥萍,趙桂杰,劉軍,王仲奇;附面層吸除對(duì)壓氣機(jī)葉柵稠度特性影響[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2005年02期

本文編號(hào)：2820740