射流旋渦控制高速擴(kuò)壓葉柵分離流動(dòng)的數(shù)值研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：TK471 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號(hào)：621.438 密級(jí)：公開 工學(xué) 工學(xué)碩士 碩士學(xué)位論文 位論文 射流旋渦控制高速擴(kuò)壓葉柵分離流動(dòng)的 數(shù)值研究 碩 士 研 究 生 ： 王若玉 導(dǎo) 師 ： 宋彥萍 教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位 ： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 ： 動(dòng)力機(jī)械及工程 所

2、 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 要 壓氣機(jī)作為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的三大核心部件之一，主要工作在逆壓力梯度環(huán)境下，其內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，極容易發(fā)生三維流動(dòng)分離并產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流動(dòng)，在增加總壓損失的同時(shí)降低了壓氣機(jī)的增壓能力，影響其氣動(dòng)性能與工作穩(wěn)定性?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比、高效率、低耗油率的發(fā)展趨勢對(duì)

3、壓氣機(jī)的單級(jí)負(fù)荷提出了更高的要求，勢必會(huì)加劇葉柵內(nèi)部的流動(dòng)分離，因此，需要采取一定的流動(dòng)控制手段對(duì)壓氣機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行控制。 本文以進(jìn)口馬赫數(shù) Ma=0.67 的某高速平面擴(kuò)壓葉柵為研究對(duì)象，采用射流旋渦發(fā)生器對(duì)其進(jìn)行流動(dòng)控制。 射流旋渦發(fā)生器為貫穿葉片的等直徑圓孔結(jié)構(gòu)，利用吸力面與壓力面之間的壓差產(chǎn)生射流，通過射流與主流之間的夾角誘導(dǎo)產(chǎn)生旋渦結(jié)構(gòu)，屬于被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的流動(dòng)控制手段具有結(jié)構(gòu)簡單、低能耗、高效率等優(yōu)勢。 數(shù)值

4、研究結(jié)果表明，在合適的射流位置和角度參數(shù)下，射流旋渦發(fā)生器能夠在流場中誘導(dǎo)產(chǎn)生與壁面渦旋向相反的射流旋渦。射流旋渦與柵內(nèi)的渦系結(jié)構(gòu)相互作用，可有效促進(jìn)葉片表面附面層與主流之間的動(dòng)量交換，降低葉柵損失。一方面，射流旋渦通過其下洗作用將主流的高動(dòng)量流體輸運(yùn)至吸力面近端區(qū)的附面層內(nèi)，推遲了角區(qū)流動(dòng)分離、緩解了流動(dòng)堵塞，從而降低葉柵端區(qū)的流動(dòng)損失；另一方面，射流旋渦的上洗作用促進(jìn)了葉柵中徑區(qū)域流體的摻混，促使壁面渦近中徑分支沿展向遷移，小幅度惡

5、化了中徑側(cè)的氣動(dòng)性能，射流旋渦的總體控制效果取決于其上/下洗區(qū)的綜合作用。 本文還重點(diǎn)討論了設(shè)計(jì)沖角下射流旋渦發(fā)生器的軸向位置、偏角和高度對(duì)其流動(dòng)控制效果的影響，總結(jié)了葉柵氣動(dòng)性能和流場特性隨射流參數(shù)的變化規(guī)律。當(dāng)射流沿軸向距葉片前緣40%Bx、沿展向距端壁 15%H、射流偏角?=60?時(shí)，其降低葉柵流動(dòng)損失的效果最佳，損失相對(duì)降低量可達(dá)到 5.2%，而射流流量僅相當(dāng)于葉柵進(jìn)口流量的0.27‰。 為了驗(yàn)證被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)在變工況條件下的