翼刀控制壓氣機葉柵二次流的實驗研究.pdf

1、在壓氣機葉柵內(nèi)氣流三維流動過程中，二次流的產(chǎn)生和發(fā)展不僅直接影響葉柵中的能量損失和壓氣機的效率，也影響了壓氣機的穩(wěn)定性。翼刀技術以直接影響流道內(nèi)氣流的橫向流動和葉展方向流動的發(fā)展狀況從而在控制二次流方面有著顯著的效果，對其進行詳細深入的機理性研究，是探討翼刀技術控制葉柵二次流損失的方法和機理不可缺少的基礎。研究的目的不僅是為了獲得對二次流旋渦模型實際結構的完整描述，更重要的是闡述各種渦系和各種損失產(chǎn)生的機理，為降低損失、改善葉柵氣動性能

2、提供依據(jù)。 本文在低速大尺度風洞上實驗研究了安裝不同參數(shù)(翼刀長度，翼刀高度，軸向位置和周向位置)的端壁翼刀和吸力面翼刀(翼刀長度，軸向位置和周向位置)的平面壓氣機葉柵中的流動，實驗葉柵由CDA(可控擴散葉型)葉片組成。在設計沖角情況下，采用五孔探針詳細測量了葉柵流場，并采用墨跡顯示方法作了流場顯示。研究了翼刀長度、高度及周向或葉展方向位置對葉柵內(nèi)二次流的影響；分析了安裝端壁翼刀后葉柵壁面和橫截面上流動的拓撲結構，得出了常規(guī)葉柵

3、和安裝翼刀后葉柵的旋渦結構。同時也分析了不同沖角下端壁翼刀和吸力面翼刀對壓氣機葉柵內(nèi)二次流的影響情況，得到了沖角變化時最佳翼刀位置的變化規(guī)律。 在端壁翼刀的各項參數(shù)之中，周向位置對葉柵的影響最大，葉柵總損失隨翼刀的周向位置變化而改變，葉柵總損失降低的最佳周向位置是翼刀距離葉片吸力面70％節(jié)距，葉柵總損失與常規(guī)葉柵相比降低了9～14％，降低的幅度與軸向位置、翼刀長度、高度均有關，但最佳周向位置不隨翼刀的高度改變而改變。在最佳周向位

4、置安裝翼刀的葉柵，可以使常規(guī)葉柵原來的吸力面/端壁角區(qū)的一個高損失區(qū)“分解”為兩個損失區(qū)域，將原來吸力面/端壁角區(qū)的一部分損失“轉(zhuǎn)移”到翼刀的安裝位置，從而使葉柵吸力面/端壁角區(qū)的流動得到了一定程度的改善，這對于控制壓氣機中的角區(qū)分離現(xiàn)象是比較有利的，并且這種“轉(zhuǎn)移”的趨勢隨著翼刀高度的增加而增大。隨著翼刀高度的增加，葉柵總損失降低的程度呈減小趨勢。在最佳周向位置安裝翼刀后的壓氣機葉柵在一定的沖角范圍內(nèi)(-9°～+6°)的總損失值均比常

5、規(guī)葉柵的低。也就是說，安裝翼刀的葉柵具有良好的變沖角特性。 流場顯示和拓撲結構分析表明，對于安裝端壁翼刀的葉柵來說，其壁面流譜中共有結點19個，鞍點21個。在5％軸向弦長處的橫截面上共有結點12個，半鞍點22個；在49％軸向弦長處的橫截面上共有結點12個，半鞍點20個，鞍點1個；在93％軸向弦長處的橫截面上共有結點10個，半鞍點16個，鞍點1個，奇點數(shù)量和位置的變化體現(xiàn)了渦系結構的演變。氣流在繞流翼刀前緣凸凹兩側(cè)時分成兩個分支，

6、翼刀前緣凸起側(cè)分支在流道內(nèi)橫向壓力梯度的作用下靠近并越過翼刀頂部，由于翼刀兩側(cè)的壓差與流道內(nèi)橫向壓力梯度方向相反，氣流卷曲形成比較弱的翼刀渦Vf；翼刀凹側(cè)的分支隨著端壁附面層的橫向流動逐漸耗散后沿流向進入通道渦。馬蹄渦的壓力面分支跨越翼刀同樣由于翼道兩側(cè)的壓差被減弱后進入通道渦，而比較弱的翼刀渦Vf在這一過程中得到了加強。由于流道內(nèi)橫向壓力梯度的降低，通道渦的強度被減弱。馬蹄渦的吸力面分支爬上吸力面的起始位置向下游推移，沿葉高向葉片中部

7、流動的范圍減少，吸力面壁面脫落渦Vxlm位置向下游和端壁靠攏，進而吸力面/端壁角區(qū)的流動得到了改善。 吸力面翼刀的存在，阻斷了端壁附面層向葉片吸力面/端壁角區(qū)流動后沿葉片吸力面的葉展方向流動，有效地控制了通道渦對葉片吸力面上的附面層的卷吸。通過流動顯示結果和出口截面測量結果分析，安裝吸力面翼刀后，在翼刀上下兩側(cè)形成了一對旋渦，翼刀下部的旋渦減小了葉柵前緣馬蹄渦的吸力面分支沿吸力面向上爬升的范圍，從而減弱了吸力面壁面渦，吸力面上的