可壓縮性對脈沖射流控制流動分離的影響及其分析.pdf

1、級壓比是衡量壓氣機性能的一個重要指標，而增加級壓比將使壓氣機葉柵流動面臨分離。旨在控制流動分離的非定常流動控制技術(shù)因其利用流動本質(zhì)上的不穩(wěn)定性，相較于定常流動控制技術(shù)，在達到相同控制效果的情況下能量輸入較小，成為近年來倍受關(guān)注的研究熱點。本文基于一種無源脈沖射流控制技術(shù)，引入了POD本征正交分解分析方法，開展了非定常激勵控制壓氣機葉柵流動分離的數(shù)值模擬研究，主要工作有：
　　1、針對葉柵非定常分離流結(jié)構(gòu)復雜以及直接分析困難，引入了

2、本征正交分解(POD)方法用于非定常流場分析，并結(jié)合高亞聲速流動的可壓縮對POD內(nèi)積方式的進行了修正，解決了可壓縮性狀態(tài)下速度場與密度場的耦合性問題，使得POD內(nèi)積方式對動能模態(tài)的分解兼顧了物理意義。
　　2、POD分解得到的各階模態(tài)中，除一階模態(tài)反映平均流特性之外，其余各階模態(tài)均反映了脈動結(jié)構(gòu)，且二、三階模態(tài)所捕捉的脈動結(jié)構(gòu)能量份額相近，其周期性與主流分離渦特性較為相近。低階模態(tài)占據(jù)系統(tǒng)大部分動能，因此可以通過集中分析低階模態(tài)的

3、特性來總體把握流場動力學特性。一定攻角狀態(tài)下，隨著進口馬赫數(shù)的提高，分離位置后移，葉背分離渦主頻增加，流動不穩(wěn)定性與可壓縮性增強，POD分解得到低階模態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，脈動結(jié)構(gòu)區(qū)域向葉背吸力面壓縮，二三階脈動結(jié)構(gòu)模態(tài)時間系數(shù)的周期變短。
　　3、在本文研究的不同進口馬赫數(shù)范圍內(nèi)，且當射流頻率與分離渦主頻接近時，脈沖射流控制效果最為顯著，但隨著進口馬赫數(shù)的增加，脈沖射流控制效果有所減弱。相較于低速流動狀態(tài)，高亞聲速狀態(tài)下流場內(nèi)渦系

4、結(jié)構(gòu)更加復雜，此時在有效激勵信號作用下，流場內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)的改善幅度相對較差。
　　4、在一定頻率范圍的脈沖射流作用下，流場內(nèi)脈動能量轉(zhuǎn)化為平均流能量，且其轉(zhuǎn)化幅度受進口馬赫數(shù)及射流頻率的影響。通過接近于分離渦主頻的微小脈沖射流的注入，流場內(nèi)低階模態(tài)脈動結(jié)構(gòu)形態(tài)產(chǎn)生了明顯的改變，實現(xiàn)了脈沖射流與流場中大尺度脈動結(jié)構(gòu)的相干與整流，脈動能量向平均流能量的轉(zhuǎn)化幅度最為顯著，流場內(nèi)分離渦的周期性更為顯著。
　　5、研究了葉柵脈沖射流器與